Los 10 mejores proyectos - Escuela Politécnica Nacional

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Realización
Premio Odebrecht 2014
LOS 10 MEJORES PROYECTOS
Odebrecht
Odebrecht
Construtora Norberto Odebrecht S.A.
Av. 12 de Octubre y Cordero
Ed. World Trade Center Torre A | Piso 8
Quito
Ecuador
ARICHABALA, Hellen et al. Premio Odebrecht 2014: Los 10 Mejores Proyectos. 1ra. ed. Quito:
ODEBRECHT, 2014. 124 p.
ISBN 978-9942-20-959-7
1. Ingeniería. 2. Arquitectura. 3. Agronomía. 4. Medio Ambiente.
Coordinación editorial
Blanca Gallegos
Revisión de textos
Blanca Gallegos
Ana Belén Bruzual
Proyecto gráfico y Producción gráfica
Iván López
Paola Yépez
Diana Argudo
Esteban Viteri
Impresión
Creacional
Equipo Premio Odebrecht para el Desarrollo
Sostenible Ecuador 2014
Honório Brito
Blanca Gallegos
Felipe Pinzón
Carolina Palacios
Ana Belén Bruzual
Gabriela Guerrero
Karen Cárdenas
Jurado
María Soledad Barrera
Presidenta ALIDE
Presidenta del Directorio CFN
Diego Zorrilla
Coordinador Residente ONU
Representante Residente UNDP – Ecuador
Gustavo Manrique Miranda
Presidente
Soluciones Ambientales Totales - Sambito
Juan Carlos Blum
Gerente General
Efficacitas
Carlos Guimaraes
Director de Equipos
Odebrecht Ecuador
Honório Brito
Director de Sostenibilidad y Calidad
Odebrecht Ecuador
Blanca Gallegos
Gerente de Sostenibilidad
Odebrecht Ecuador
Todos los trabajos publicados en este libro son de entera responsabilidad de los autores.
PRESENTACIÓN
El Premio Odebrecht para el Desarrollo Sostenible fue lanzado en Ecuador en el año 2013
con el objetivo de incentivar y reconocer a los jóvenes universitarios que se proponen a
pensar en la ingeniería desde una perspectiva sostenible y a la vez generar conocimiento
para difundirlo entre la comunidad académica y la sociedad.
Es con gran satisfacción que presentamos la segunda edición del Libro Conmemorativo
que recopila los 10 mejores proyectos del año 2014, seleccionados entre decenas de
trabajos recibidos de todo el Ecuador. Las propuestas presentadas fueron evaluadas por un
prestigioso jurado compuesto por personalidades de la sociedad ecuatoriana, expertos e
integrantes de Odebrecht.
A través de nuestro lema “Sobrevivir, Crecer y Perpetuar”, nuestro compromiso con el
desarrollo sostenible está presente desde los orígenes de nuestra cultura empresarial y ha
sido siempre una referencia para la actuación de los integrantes de Odebrecht en todo el
mundo. En cada lugar en el que emprendemos nuestras obras, generamos oportunidades
de desarrollo económico, humano y social para nuestros clientes, accionistas, integrantes y
comunidades, a través de la construcción de proyectos de infraestructura necesarios para
alcanzar el bienestar de la sociedad; manteniendo siempre el compromiso de contribuir con
la inclusión social y la preservación del medio ambiente.
Agradecemos a las Universidades representadas por sus Rectores, quieres nos abrieron
las puertas para concretar exitosamente esta iniciativa que reconoce a los Maestros, con
su acumulado de experiencia y sabiduría; y a sus Alumnos, con su juventud, su ímpetu y
argumentos para la innovación y desarrollo de nuevas propuestas.
Estamos seguros que con el Premio Odebrecht para el Desarrollo Sostenible hemos
movilizado la inteligencia y creatividad de los estudiantes y profesores universitarios unidos
por un solo objetivo superior: generar conocimiento y ponerlo al servicio del bien común,
enfocado en una ingeniería comprometida con el hombre, la vida y su entorno.
¡Buena lectura!
Sumario
10 Propuesta de gestión sostenible de los residuos plásticos producidos por
la industria gráfica y publicitaria en la ciudad de Guayaquil.
26 Reciclaje de poliestireno expandido (espuma flex) por el método de
disolución–precipitación.
42 Panel prefabricado de hormigón alivianado a base de papel periódico y
cartón reciclado, destinado a vivienda de interés social.
64 Desarrollo sustentable de un material adsorbente y biodegradable, a partir
de cáscaras de plátano y banano, para la decoloración de aguas residuales
provenientes de industrias textiles de la ciudad de Pelileo, provincia de
Tungurahua, y su posterior uso en la producción de biol y abono orgánico.
82 Sistema de Recolección de Agua por medio de la Técnica de Atrapanieblas
en las comunidades campesinas de Galte, Cantón Guamote, Provincia de
Chimborazo, Ecuador.
94 Reciclaje de residuos de cuero para la descontaminación de aguas
industriales.
110 Diseño del proceso para elaborar papel a partir del residuo fibroso generado
en la extracción de aceite de palma africana, utilizando fundamentalmente a
la producción más limpia.
126 Re-manufactura sustentable de utensilios para cocinas de inducción con
recubrimientos ferromagnéticos.
140 Uso sostenible de recursos biológicos para la construcción de viviendas y
desarrollo de las comunidades rurales del litoral ecuatoriano.
156 Potabilizador solar de agua de mar, para aportar a la seguridad alimentaria de
sectores sociales de bajos recursos que habitan en las zonas costeras e
insulares del Ecuador.
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
AUTORAS
ORIENTADOR
Hellen Daniela Arichábala Martínez
Ivanna Daniela Terán Narváez
Ing. Juan Carlos Erazo Delgado
Universidad Particular de Especialidades Espiritu Santo
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a industria gráfica es uno de los sectores que mayor movimiento
financiero integra anualmente. No obstante, Ecuador, por
problemas de importación y no producción de materia prima,
no surge dentro de los grandes adalides publicitarios. La generación
de residuos al medio ambiente en su fase de producción y deposición
final, la han convertido en una amenaza para la naturaleza y los
recursos manejados por la sociedad. Por ello, el proyecto propone un
modelo de gestión de residuos plásticos generados por la industria
gráfica y publicitaria, promoviendo la sostenibilidad durante todo el
ciclo de manejo de la lona. Se iniciará por la ciudad de Guayaquil, pero
pudiere ser aplicado a nivel nacional. Está dirigido al sector gráfico
y a los encargados de la gestión ambiental municipal de la ciudad.
Esta propuesta tiene cabida en la implementación de una cláusula
condicional dentro del contrato de autorización del uso de la vía pública,
donde indique que la lona una vez cumplida su vida útil sea devuelta a
la empresa contratista o trasladada a un centro de acopio, el mismo que
forma parte de la solvencia del proyecto y tendrá una implicación legal
tanto para el que regula ambientalmente el territorio, como para el que
incumpla la disposición final del residuo. Con ello, la materia prima no
tendrá que ser importada, se promovería la reducción del desempleo en
Guayaquil, se incentivaría el uso de productos nacionales y se asistiría a
la reducción del 25% de los desechos generados por la industria gráfica
y publicitaria. Se plantea además la elaboración artesanal de productos
con lona, a través de la formación de pequeñas microempresas que
generen ingresos, demanda y valor agregado del material residual al
procesarlo para diferentes usos.
Los 10 mejores proyectos / 11
Objetivo General
Proponer un modelo sostenible de gestión
de residuos por medio del reciclaje de los
desechos de lona de la industria gráfica y
publicitaria, a fin de reducir la contaminación
y obstrucción de los rellenos sanitarios y al
mismo tiempo crear fuentes de trabajo.
Objetivos Específicos
• Identificar los impactos ambientales que
generan las lonas publicitarias en el relleno
sanitario Las Iguanas.
• Plantear herramientas de control de
la contaminación re-direccionando la
disposición final de desechos de lona de la
industria gráfica y publicitaria.
• Proporcionar una alternativa sostenible
de aprovechamiento de la lona publicitaria
mediante la creación de productos
reciclados en un taller piloto fomentando la
sostenibilidad de la matriz productiva.
los siguientes sectores: proveedores/
importadores de lona, las imprentas
de gigantografías y las empresas que
rentan el uso de las vallas, las compañías
de publicidad facilitadoras del diseño
y producto final, los arrendatarios de
las vallas publicitarias terminadas, y
finalmente, los agentes reguladores
municipales encargados del manejo de los
espacios públicos de las vallas.
Es importante señalar que el estudio se
dirige hacia la comunidad guayaquileña,
porque el problema a abordar repercute de
forma negativa en la generación de agentes
contaminantes en su fase de producción y
disposición final que, como consecuencia,
perjudica el bienestar de la sociedad.
Pascuales
Bastión
popular
Relleno Sanitario
“Las Iguanas”
Samanes
La Florida
Los sauces
Alborada Este
• Contribuir a la reducción de contaminantes
especiales en el relleno sanitario Las
Iguanas de la ciudad de Guayaquil.
Alcance
Vía a la Costa
Durán
M.I. Municipalidad
Parroquia de Guayaquil
Letamendi
Isla Santay
Isla trinitaria
El siguiente proyecto tiene como área de
aplicación la ciudad de Guayaquil, provincia
del Guayas. El principal objeto de estudio es
la industria gráfica y publicitaria abarcando
12 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Guasmo Oeste
Guasmo Este
Figura 1. Ubicación del relleno sanitario Las Iguanas,
instaurado por la M.I. Municipalidad de Guayaquil
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
En la figura 1 se muestra la principal
zona de afectación por la generación
de contaminantes, el relleno sanitario
Las Iguanas, ubicado en el km 14½
vía Daule. En el mismo se depositan
942.419 toneladas de basura al año, de
las cuales el 25,4% corresponde a las
lonas desechadas (Altamirano, Freire, &
Gallegos, 2010). Se manifiesta que es el
principal depósito final de residuos que se
registra en la ciudad de Guayaquil.
Fundamento Teórico
La industria gráfica y publicitaria en América
Latina ha manifestado un incremento del
2% desde el 2009. Los principales líderes
son Brasil con 2,5% y México con 1,8%.
(Grafix, 2012).
Ecuador no figura dentro de los grandes
adalides publicitarios puesto que uno de los
mayores inconvenientes que presenta el
país es el costo elevado de la materia prima
(no es producida a nivel nacional), la cual
tiene que ser importada de China y Korea
(IMMEVI, 2014). En Guayaquil se registran
77 imprentas de lona operativas de media
y gran escala, las cuales en su mayoría se
dedican a la fabricación de productos varios
con este material.
La cantidad de lonas utilizadas dependerá
de la empresa y la intensidad de las
impresiones que realicen. No obstante,
en promedio anualmente se consignan
20.000 lonas (asumiendo que todas son
fabricadas bajo la misma medida estándar
de una valla de la vía pública) y la estadía
de éstas en la ciudad es de seis meses
a un año aproximadamente; inclusive,
menos tiempo.
Existen diferentes tipos de lona. Las
lonas se fabrican a base de un tejido
plastificado no biodegradable (poliéster
recubierto con PVC), el cual tiene un peso
de 370 g/m2. Las fibras que utilizan para el
recubrimiento presentan características
tales como resistencia a la abrasión,
resistencia a cualquier tipo de esfuerzo,
resistencia a la degradación por luz solar
y capilaridad, la cual actúa como una
barrera aislante al agua, es decir, es 100%
impermeable (Grafix, 2012).
El contenido de la lona es diseñado e
impreso con tintas de base solvente,
por brindar colores vivos y con una
velocidad de secado simple. Existen
varios sistemas de impresión, dentro de
estos, para productos plásticos se atañe
principalmente la impresión con tinta
flexográfica y el offset.
Una vez que la empresa considera que la
publicidad se ha posicionado en la mente
del consumidor, estas son retiradas y
llevadas al relleno sanitario “Las Iguanas”
como sitio de disposición final. Este tipo de
desecho no tiene un tratamiento especial,
Los 10 mejores proyectos / 13
únicamente se lo deposita con el resto de
la basura.
A nivel nacional existe un total de 31
rellenos sanitarios, siendo 11 manuales y
20 mecanizados, de los cuales 7 disponen
de Licencia Ambiental otorgada por el
Ministerio del Ambiente (Navas, 2012).
Entre tanto, en la ciudad de Guayaquil,
se
generan
0,848
kg/hab./día
aproximadamente, lo que representan
2.500 toneladas diarias de basura y
912.500 toneladas anuales (Ecuador
inmediato, 2010). Es una de las ciudades
con mayor generación de desechos. Estos
se distribuyen de la siguiente manera: 30%
residuos alimenticios, 15% papel y cartón,
10% desechos de jardinería, 6,6% vidrio,
5,8% plásticos y 32,6% no especificados.
Pese a tener un porcentaje relativamente
bajo, el plástico es considerado como el
agente contaminante más perspicaz de los
demás clasificados, por su permanencia
prolongada sobre la superficie terrestre.
Ante todo esto, se resalta que en el país
ya existen empresas cuyo objetivo es
el reciclaje de materiales varios, entre
ellos la lona. Un ejemplo de esto es la
microempresa quiteña Fui Reciclado,
la cual se dedica a la elaboración de
accesorios (de moda principalmente) a
base de la lona de las vallas publicitarias.
“Algunas lonas son aprovechadas en la
empresa, otras son regaladas para hacer
14 / PREMIO ODEBRECTH 2014
techos de viviendas, pero otras son
trituradas, incineradas, desechadas en
botaderos comunes, donde se mezclan
con materiales orgánicos o simplemente
embodegadas” (Fui Reciclado, s.f.).
Del mismo modo, un objetivo del proyecto
es proporcionar plazas de trabajo, ya sea
con la inclusión de un taller piloto o con
la creación de una empresa dedicada al
reciclaje de este tipo de desechos. Ahora
bien, según el INEC (2014), la tasa de
desempleo a nivel nacional circunda el 4,65%
de la población. Con mayor particularidad, en
Guayaquil se registra (hasta junio de 2014)
una tasa de desempleo del 6,97%; siendo la
ciudad con mayor índice de desempleados
entre Quito, Cuenca, Ambato y Machala
(INEC, 2014). Esta cifra equivaldría a 163.858
habitantes guayaquileños de los 2.350.915
que hasta el 2010 ocupaban la ciudad.
Problemática a abordar
Como en cualquier industria, se generan
residuos; en este caso, principalmente
desechos de lona o derivados de los
mismos. Las lonas que se utilizan en las
vallas publicitarias, una vez terminado
su plazo de uso, son descolgadas y no
reciben ningún tratamiento, sino que van
directamente a un relleno sanitario o
botadero de basura. Sin embargo, éstas
representan una contaminación importante,
al punto de obstruir los procesos biológicos
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
normales de descomposición y reducir
la disponibilidad fértil del suelo (pobreza
de nutrientes). Por ello, el proceso de
degradación, actualmente, se está tardando
un 30% adicional.
La industria gráfica y publicitaria, en su
fase productiva, emana solventes volátiles
como esteres y alcoholes, los cuales liberan
altas cantidades de cloro durante el secado.
Asimismo, la durabilidad de esta tinta,
originada de la anilina, es igual o mayor a
la permanencia de la lona, es decir, puede
llegar a más de 12 años de persistencia.
Es importante destacar que, el material
del cual se compone la lona (PVC) no
es biodegradable, lo que ocasiona que,
en el relleno sanitario Las Iguanas, el
tiempo de degradación microbiana tarde
por inactivación lumínica, y se produzca
un proceso de putrefacción paulatino
que acumula gases nocivos como CO2
y metano, aludiendo a que éstos se
concentren en cantidades considerables en
el suelo, a posteriori. Inclusive, por el efecto
de reflexión tenderá a acumular mayor
energía en la superficie, aumentado consigo
la temperatura promedio de la Tierra.
Por otra parte, el PVC es conocido por ser un
compuesto altamente tóxico y persistente,
que puede llegar a permanecer décadas e
incluso siglos, antes de descomponerse.
Adicionalmente, impide la filtración de los
lixiviados que se generan, y por ende, altera
el tratamiento adecuado de los mismos,
acumulándolos mediante un “efecto
piscina” en la lona.
Asombrosamente, según las investigaciones
realizadas se obtuvo un dato curioso. Existe
un tipo de lona ecológica, la cual no está
compuesta por PVC y es biodegradable.
Por esta condición, ha sido importada por
los proveedores de lona del país, pero ellos
establecen que no tiene una demanda de
compra significativa. La empresa IMMEVI
(Importadora de Medios Visuales) asegura
que a mediados de febrero del presente
año importaron un contenedor (300 rollos
del material) y que hasta la fecha (agosto
de 2014) no se ha logrado vender en su
totalidad. Consecuentemente, no tienen
más remedio que disminuir o eliminar la
importación de la misma y continuar con la
venta de la lona común de PVC. Asimismo,
se considera que la calidad, duración y
rentabilidad de la lona de plástico es mucho
mejor que la lona ecológica. Se le atribuye
estas características al PVC y a la resina
colocada como etapa final de verificación
del producto.
La totalidad de lonas que circundan la
ciudad es exacerbada, 5000 en tres meses
y 20.000 en un año del tamaño estándar
de una valla publicitaria; esto sin contar las
lonas impresas al minoreo. No obstante,
es un problema que debe ser absuelto
o mitigado a favor de la ciudadanía y del
ambiente.
Los 10 mejores proyectos / 15
Metodología y Herramientas
Por todo ello, el proyecto busca dar solución
a las siguientes problemáticas:
• La elevada generación de desechos del
tipo lona textil o lona plástica que llegan al
relleno sanitario.
• La contaminación ambiental a causa de
desechos tóxicos persistentes derivados
del plástico y las tintas.
• La escasez de puestos de trabajo y tasa de
desempleo a nivel nacional y local.
• La falta de cultura de educación ambiental
de la sociedad.
• El poco incentivo de preferir la producción local.
• La insostenibilidad de los residuos
generados por la industria de la publicidad
en las ciudades.
Recolección
Se propone una forma sostenible de
gestionar la lona publicitaria. A continuación
se muestra un diseño del manejo de un
recurso plástico de la industria gráfica
y publicitaria como lo es la lona, que
permite explicar e ilustrar el fundamento y
particularidad del proyecto.
La propuesta supone un ciclo de manejo de
la lona publicitaria por el tiempo que éstas
permanezcan en la vía pública. Se conoce
que en la ciudad existen 400 espacios
autorizados para colocar publicidad. Los
permisos los entrega la M.I. Municipalidad
de Guayaquil a las empresas interesadas y
el plazo de vigencia es variable y se puede
extender hasta un año.
El manejo comienza por el diseño que tendrá
la lona, el cual corresponde al contenido que
desee manifestar la empresa de acuerdo a
Transporte
Disposición final
Generación
Almacenamiento
Diseño
Tratamiento
Producto final
secundario
El ciclo se repite cada seis meses a un año
Figura 2. Ciclo de gestión sostenible de la lona publicitaria en la industria gráfica
16 / PREMIO ODEBRECTH 2014
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
sus políticas y necesidades del cliente. Sin
embargo, se atañe la idea que al imprimirla
se utilice, de preferencia, tinta ecológica o
de menor índice de contaminación. Entre
las más comunes está la tinta base de agua,
la cual no contiene solventes orgánicos y
por ende no promueve la emisión de gases
nocivos a la atmósfera al momento del
secado. También se hallan las tintas UV que
combinan el beneficio de no contaminación
durante el secado, más la velocidad de
impresión nítida y de colores vivos. En
términos generales, estas tintas muestran
un bajo costo de adquisición, tiempo rápido
de secado, óptima calidad de impresión,
bajo consumo de energía y ahorro de tinta.
Luego de ello, continúa la generación de
lonas publicitarias. Así pues, en este paso
se procede a incluir una normativa de
disposición final dentro de una ordenanza
municipal (valor agregado del proyecto),
donde se dispongan legalmente normas
para la disposición de lonas usadas, y que
mediante el contrato de autorización del
uso y colocación de la valla en la vía pública,
dirigida a las autoridades y compañía
interesada, se tenga por obligación el
gestionar las lonas de desecho.
Dentro de ésta debe constar como
cláusula condicional el proceder final
de la lona una vez culminado su uso.
La empresa contratista está obligada a
cumplir las disposiciones que se plantean a
continuación:
• La cantidad de lonas que la empresa
contratista desee colocar durante el
lapso de vigencia del permiso, una vez
culminado su tiempo de vida útil como
publicidad, deberán ser retornadas o bien
a la compañía remitente o a un centro de
acopio destinado a la recuperación de
la lona para una posterior fabricación de
productos secundarios.
• La entidad pública encargada deberá
realizar un monitoreo anual a las empresas
contratistas para verificar el cumplimiento
de esta normativa y multará, de ser el caso,
a quienes hayan incumplido la disposición,
ya sea por envío de los desechos de lona
a un sitio no autorizado o destinadas a un
uso no oficial.
• Las empresas contratistas deben
proporcionar un registro de devolución
del producto o entrega del mismo al
centro de acopio. Dentro de esta hoja
debe constar la fecha de remisión, empresa
recolectora, la cantidad de lonas a retornar
(segregadas por tamaño), sector de retorno
(empresa o taller), observaciones (estado
del material), firma y acotación o nota final.
En esta última yacen las referencias del
transporte o los transportes utilizados para
desplazar el producto, el tratamiento que se
le dará al material, recepción del proveedor
y recurso humano para el traslado. Este
proceso igualmente deberá estar normado.
Será menester, además, adjuntar fiel copia
del original al centro de acopio para el
Los 10 mejores proyectos / 17
respectivo control de materia prima recibida
de forma mensual, trimestral, semestral o
anual (Ver modelo de planilla en Anexo 1).
Del mismo modo, una vez estipulada la
cláusula condicional y transcurrido el tiempo
del contrato, se procede a la recolección
de la lona del sitio público. Para ello se
necesitan camiones recolectores y personas
encargadas de la desinstalación del producto.
Seguido de ello, se transporta el
material hacia el centro de acopio o a la
empresa contratista. El centro costará
aproximadamente $30.000, que serán
distribuidos, principalmente, para montar
las estructuras y comprar un terreno
para su ubicación. Cabe mencionar que
el traslado de las lonas corre a cargo de
la compañía publicitaria. Finalmente, el
material es receptado en el centro de acopio,
al cual se denominará almacenamiento
temporal. El tratamiento seleccionado
es de recuperación, puesto que se atañe
un material para su transformación en
productos secundarios.
Una vez que se cuente con el centro de
acopio cantonal para este tipo de desecho y
se cuente con un volumen considerable del
mismo, se iniciará la fase de financiamiento
a emprendedores y artesanos que deseen
el costeo de las máquinas de coser
industriales para el establecimiento de
una microempresa que elabore múltiples
productos cosidos provenientes de la lona.
18 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Se categorizará al personal por habilidades
y se los capacitará por lo menos tres veces
al año. Asimismo se clasificará a la lona
por tamaño y diseño, por ejemplo, las que
posean colores y dibujos más llamativos
podrán ser útiles para la elaboración de
bolsos y maletas.
El producto final será manufacturado por
los costureros artesanales, a los cuales se
les brindará un diseño a seguir (Ver anexo
2). Los productos a elaborar son bolsos,
billeteras, bandas para caminadoras,
recubrimientos para máquinas de gimnasio,
forros, arquitectura textil, marquesinas,
paraguas, productos impermeables y
carpas (varios tipos).
Herramientas
Para ejecutar la metodología se requerirá:
• Personal encargado de la recolección del
material en el sitio de acopio. Así también,
artesanos que manufacturen los artículos
bajo el diseño que les será proporcionado.
• La materia prima. Se considera de esta
forma a la lona recolectada y transportada
al taller artesanal. El volumen de material
dependerá de la época, es decir, en
periodos de campañas políticas el número
duplicará su proporción media de otros
meses. Los tamaños varían, sin embargo
los más comunes son de 8x4m y 10x4m,
en las vías públicas.
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
10 m
4m
4m
8,20 m
8,20 m
A
Figura 4. Transporte adecuado para el traslado de la
materia prima al centro de acopio
serán adquiridas a través de incentivos
municipales para las personas que se
comprometan a usar el residuo, y serán
pagadas a través de abonos mensuales
fijos durante el tiempo que se requiera por
parte del interesado.
B
Figura 3. Tamaño estándar (10x4) de las lonas
colocadas en la vía pública
• El transporte de las lonas estará bajo la
exclusiva responsabilidad del que arrienda
las vallas publicitarias, los cuales trasladarán
directamente el residuo hasta el centro
de acopio. En este centro se procederá a
realizar un registro de entrega y recepción,
precisando el peso y las características de
la pieza de lona entregada.
• Máquinas de coser industriales que
contribuyan a la confección de bolsos,
billeteras, estuches, paraguas, lonas,
y demás utensilios. Las máquinas
Figura 5. Máquina de coser industrial triple habilitada
para lonas, toldos, piel
Los 10 mejores proyectos / 19
Soluciones Propuestas
El proyecto alude a dar solución a la
contaminación de los rellenos sanitarios,
principalmente al de Las Iguanas, a causa de
la lona publicitaria desechada en grandes
cantidades periódicamente, a través de la
implementación de un sistema de gestión
sostenible de los residuos plásticos de la
industria gráfica y publicitaria. También
propone una alternativa de subsistencia
para la sociedad en general, mejorando los
ingresos mensuales y por ende la calidad de
vida familiar. A continuación se explayan las
principales problemáticas a suplir.
Se pretende reducir el porcentaje de
desechos, como la lona (25,4%), en el
relleno sanitario Las Iguanas, puesto
que se contribuiría a la optimización del
terreno, a la función principal de los rellenos:
descomposición progresiva de los residuos
depositados a fin de proveer, a posteriori,
nutrientes a la fertilidad del suelo, y a la
merma del 30% de obstrucción lumínica.
Del mismo modo, se promueve la
disminución de la temperatura media de
la superficie, puesto que se evitaría la
retención y reflexión de calor en la lona, por
lo que la cantidad de energía (dentro y fuera
de la Tierra) se equilibraría. Finalmente, se
busca reducir el índice de contaminantes
atmosféricos como gases nocivos de efecto
invernadero desde la fase de producción y
generación de la lona hasta la disposición
20 / PREMIO ODEBRECTH 2014
final de la misma, a través del uso de tintas
ecológicas UV o de base agua.
En el ámbito social se promueve la
disminución de la tasa de desempleo del
país, comenzando por Guayaquil, a través
de la inclusión de puestos de trabajo con la
producción emprendedora de los artesanos.
Asimismo se incentiva con ello el uso de
productos nacionales al gestionar la materia
prima y producto final bajo el mismo margen
de calidad de los artículos importados.
Considerando que los ciudadanos están
dispuestos, en su mayoría, a utilizar artículos
reciclados, se estima que la acogida será
satisfactoria y afable.
Del mismo modo, se estimula el
conocimiento sobre reciclaje y conciencia
ambiental, por medio de las capacitaciones
que se propone ejecutar tres veces al año.
Parte del instructivo incluiría temas como
tipos de tratamiento de desechos de lona,
formas de recolección, cumplimiento
de la normativa de gestión sostenible,
optimización de recursos y sanciones.
Viabilidad
El fundamento del proyecto se centra
en la implementación de una cláusula
condicional dentro de una ordenanza
municipal que regule el despacho final de
los plásticos generados por la industria
gráfica y publicitaria, principalmente, las
lonas. Ésta, al final de su tiempo de utilidad
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
como publicidad, deberá ser devuelta o bien
a la empresa o distribuida a un taller, el cual
estaría dedicado a la fabricación artesanal
de artículos varios con lona.
Por ello, el proyecto es viable ya que
se rige dentro de los tres pilares de la
sostenibilidad. La materia prima no tendrá
que ser importada, sino que el volumen de
recepción será vasto, de acuerdo al estimado
mensual (1667 lonas), y se mantendría en
equilibrio durante todo el año. Asimismo, se
considera que aumentará la demanda en
época de procesos electorales, por lo que
la cantidad de lonas duplicará su proporción
a la media mensual. Es importante resaltar
que este periodo de campañas dura
aproximadamente 45 días. Los transportes
requeridos para el traslado del material
al sitio de disposición pudieren o bien ser
obligación de la empresa o como parte de los
servicios municipales de colecta.
La inversión inicial para la construcción del
taller oscilaría entre $700 y $1.000. Incluso,
parte del financiamiento de éste puede ser
subsidiado por empresas gubernamentales o
particulares interesadas en el proyecto, por lo
que el valor per cápita reduciría dependiendo
del porcentaje de interesados por gestionar
artesanalmente. Se extenderá la oportunidad
laboral a personas con algún tipo de
discapacidad física para que puedan trabajar
desde sus viviendas. Del mismo modo, la
reutilización de las lonas ahorraría un coste
fijo promedio de $9500 por contenedor.
Asimismo, en el taller se requerirá mano
de obra artesanal, aportando a la creación
de plazas de trabajo para personas de
distintos estratos sociales. Los productos
que se manufacturen no constituirían un
reemplazo de los ya existentes, sino que
incursionarían como una alternativa más
económica, de buena calidad y producida a
nivel nacional.
En cuanto al ámbito ambiental, se asistirá
a la reducción del 25% de los desechos
generados por la industria gráfica y
publicitaria. En cifras, el total de vallas
publicitarias bordea las 20.000 lonas en
un año. Al transferir la materia prima al
taller de confección o microempresas,
se estarían ahorrando de 25 a 50 años
(tiempo que tardan los residuos en
descomponerse por falta de material
activo) de no degradación biológica y
perpetuidad de sustancias tóxicas por
obstrucción de luz por parte de las lonas
(plásticos persistentes), en el relleno
sanitario “Las Iguanas”. Adicionalmente,
se incursionaría en los principios de las
3Rs: reducir, reusar y reciclar.
También la aprobación de esta cláusula
condicional dentro del contrato y como
parte de una ordenanza municipal ayudará
a la entidad pública a llevar un control de
los desechos depositados en el relleno
sanitario del cual se encargan. La misma
normativa puede ser implementada a nivel
nacional, comprobada su efectividad en
Los 10 mejores proyectos / 21
unas de las principales ciudades del país,
incluyendo el manejo de los demás residuos
sólidos urbanos generados en grandes
cantidades diariamente.
Al mismo tiempo, las empresas pudieran
incrementar sus utilidades con la creación
de un taller artesanal, puesto que se
reduciría el porcentaje que se paga de
aranceles por producto y se lo registraría
como parte del flujo financiero de la
empresa. De igual forma, se promueve la
reducción del desempleo en Guayaquil, ya
que se contaría con una nueva forma de
producir ingresos, sobre todo, para personas
de estrato social bajo y medio-bajo.
También se fomentaría la sostenibilidad de
la matriz productiva al añadirle un valor
agregado que genera desarrollo, bienestar
y progreso en la sociedad. Conociendo
que el nivel de aceptación de productos
reciclados bordea el 83%.
Conclusiones
La lona, además de ser un material de mucha
acogida publicitaria, resulta un contaminante
persistente en el relleno sanitario Las
Iguanas. Ésta, al no ser biodegradable
retrasa un 30% la descomposición de los
desechos, obstruye el paso de los rayos
solares e impide la activación bacteriana,
emana gases concentrados a la atmósfera
en su etapa de secado y disposición
final. Pese a ello, su demanda anual es de
aproximadamente 20.000 piezas.
22 / PREMIO ODEBRECTH 2014
La industria gráfica y publicitaria podrá
aportar con su compromiso ambiental
y responsabilidad social a través del
cumplimiento de la cláusula condicional
estipulada en el contrato de autorización
de la vía pública por parte del Municipio a
las empresas interesadas. Ésta consiste
en retornar la lona publicitaria o bien a la
empresa o a un centro de acopio que se
propone como parte de la gestión sostenible.
Asimismo, se incentiva el uso de tintas
ecológicas UV o base agua, las cuales no
contienen solventes orgánicos, y por ende,
reducen la emisión de contaminantes al aire.
El manejo adecuado de la lona permitirá
la creación de productos secundarios
como bolsos, billeteras, maletas, carpas,
marquesinas, entre otros, bajo la misma
normativa de calidad de los productos
importados. De esta forma, se garantiza el
uso de artículos nacionales. También, se
implementarán nuevos puestos de trabajo
aludiendo a la reducción del desempleo a
nivel nacional y local; se podrá fomentar
la sostenibilidad de la matriz productiva
al proporcionarle un valor agregado a los
productos resultantes, y; finalmente, se
contribuiría a la reducción del 25% de las
lonas en el relleno.
Consideraciones finales
La eficiencia del proyecto depende de
la aprobación de la cláusula condicional
dentro del contrato de autorización del uso
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
de la vía pública. De esta forma se agrega un
plus al manejo particular de este desecho, a
fin de mitigar y contribuir a la sostenibilidad
de los residuos, comenzando por la lona.
Será necesario también realizar un estudio
de factibilidad y costos de la creación
de un centro de acopio a mayor escala,
considerando las ganancias a corto plazo
(1 año) y mediano plazo (5 años mínimo),
además de hallar asequible el lugar de
implementación del taller y distribución del
producto. Asimismo, debe promoverse la
producción local de tintas ecológicas (UV
y base agua) para evitar la importación y
reducir el costo de compraventa.
Anexos
Anexo 1:
Modelo de planilla de control de recepción de lonas publicitarias en el centro de acopio
PLANILLA DE CONTROL DE DEVOLUCIÓN O ENTREGA DE LAS LONAS
AL CENTRO DE ACOPIO O EMPRESA CONTRATISTA
Fecha
de remisión
Empresa
encargada de
la recolección
Cantidad de
lonas a retornar
Sector
de retorno
Observaciones
Firmas
Notas finales
Los 10 mejores proyectos / 23
Anexo 2:
Diseño y plano de un producto final a base de lona publicitaria
Plan de costura con lona (carpa estructural tipo vivero)
Cubierta frontal trasera
Cubierta superior lateral
1,65 m
1,5
1,5 m
m
4,8 m 1,5 m
0,15 m
0,15
m
2m
2m
4m
4m
1,65 m
1,65 m
4,8 m 1,5 m
1,65 m
2 m + 0,15 m
4,3 m
2 m + 0,15 m
Otro modelo: carpa tipo convencional
24 / PREMIO ODEBRECTH 2014
4,3 m
PROPUESTA DE GESTIÓN SOSTENIBLE
DE LOS RESIDUOS PLÁSTICOS
PRODUCIDOS POR LA INDUSTRIA
GRÁFICA Y PUBLICITARIA EN LA
CIUDAD DE GUAYAQUIL
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Los 10 mejores proyectos / 25
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
AUTORA
ORIENTADOR
Paola Vanessa Saltos Barreiro
Ing. Miguel Fernando Aldás Carrasco M.Sc
Escuela Politécnica Nacional
L
os desechos de poliestireno expandido (EPS), comúnmente
conocidos como “espuma flex”, se visualizan principalmente
en los sectores que comercializan electrodomésticos,
proporcionando una mala imagen a las calles y en general del sector
donde se encuentran ubicados tales negocios. Además del impacto
visual en la ciudad, estos constituyen un problema ambiental, debido
que al generarse tales desechos y no ser tratados correctamente,
disminuyen la vida útil de los rellenos por el gran volumen que ocupan y
por la baja degradación del material.
Por esta razón, surge la necesidad y la iniciativa para desarrollar
un proceso efectivo de reciclaje de EPS como una alternativa de
tratamiento post consumo de estos desechos.
El poliestireno expandido (EPS) que generalmente se desecha a
los tachos de basura y rellenos sanitarios, será recolectado para su
proceso de reciclaje, el cual consta de varios pasos para recuperar el
polímero (poliestireno): reducción de tamaño, disolución y precipitación.
Adicionalmente, se recuperará el solvente (Tetrahidrofurano - THF),
el reactivo de lavado (alcohol isopropílico) y el agente precipitante
(etilenglicol -EG), para su reutilización en el mismo proceso, generando
así un reciclaje “limpio” y amigable con el medio ambiente. Finalmente,
el poliestireno recuperado se lavará y se secará para eliminar impurezas,
hasta llegar a obtener un producto con propiedades similares al material
virgen, para que sea atractivo al mercado nacional.
De esta manera, el proyecto propone una solución a un problema a
nivel nacional, mediante un proceso amigable con el ambiente, social
y económicamente viable, que a la vez proporcione un producto de
valor agregado, apto para el reprocesamiento del material, a partir de
“basura plástica”.
Compilación de los mejores proyectos / 27
Objetivo General
Reciclar poliestireno expandido (espuma flex),
provenientedeempaquesdeelectrodomésticos,
por el método disolución – precipitación.
Objetivos Específicos
• Recolectar los empaques de poliestireno
expandido (EPS) desechados por locales
de electrodomésticos.
• Caracterizar los residuos de EPS
recolectados y el producto obtenido
después del reciclaje.
• Definir las condiciones adecuadas para el
proceso de reciclaje de EPS por el método
de disolución – precipitación, mediante
pruebas de laboratorio.
• Producir poliestireno reciclado apto para
reprocesamiento como materia prima de
extrusión.
• Reducir la cantidad de desechos de EPS en
los rellenos sanitarios del DMQ.
• Establecer las bases para el diseño de
una planta de reciclaje del EPS económica,
social y ambientalmente viable.
Alcance
El Poliestireno expandido, conocido como
espuma flex, generalmente usado como
28 / PREMIO ODEBRECTH 2014
empaque de artefactos tiene un ciclo
de vida relativamente corto, a lo que se
suma que es considerado un material no
biodegradable con gran volumen, por lo
que si no se descompone permanecerá
por años en los botaderos ocupando
extensos espacios. Solamente en Quito
se desechan 16,6 toneladas de residuos
sólidos al día de poliestireno, según
estimaciones del año 2012 [5], por lo
que es de suma urgencia brindar un
tratamiento adecuado a este desecho.
Es por esto que se propone el presente
proyecto para el reciclaje de EPS por el
método de disolución – precipitación como
una solución amigable con el ambiente, que
permita disminuir la cantidad de desechos
de EPS en el Distrito Metropolitano
de Quito procedentes de locales de
electrodomésticos que actualmente
son destinados a los botaderos. De esta
manera se podrá recuperar poliestireno
para ser comercializado como material
de extrusión mediante un procedimiento
ambientalmente viable y amigable, gracias
a la recuperación de los solventes que se
ocupan en el proceso.
El proyecto empezará con el desarrollo
y evaluación del proceso de disolución
- precipitación, de tal manera que,
establecidas las condiciones del mismo,
se proceda con el diseño de la planta
de reciclaje de EPS. Con este propósito
se fomenta la interacción del sector
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
industrial con los recolectores de los
desechos y gestores ambientales en
diferentes sectores de la ciudad. Si bien
el proyecto se enfoca solamente en el
DMQ, se puede hacer extensivo a nivel
nacional. Si se ejecutara este proyecto, se
beneficiaría tanto a la sociedad mediante
la generación de plazas de empleo, como
al ambiente por la utilización de materiales
desechados y disminución de basura en el
botadero. Cabe recordar que el proyecto
será aplicable en cualquier lugar y para
cualquier actividad donde se generen
desechos reciclables de EPS.
Fundamento Teórico
El tratamiento de los residuos de EPS se
realiza principalmente de dos maneras:
reciclaje energético y reciclaje mecánico. En
el primero, se realiza la incineración del EPS,
lo que produce emisiones tóxicas debido
a la presencia de anillos aromáticos en su
estructura [10]. El segundo proceso, reciclaje
mecánico, debe garantizar que el producto
reciclado tenga una calidad semejante a
la del material original, lo cual depende de
muchos factores a la hora de procesar el
desecho, que conlleva a complicaciones el
momento del reciclaje. En virtud de estas
limitaciones se considera a la disolución
como un método alternativo de reciclaje
[8], [9]. Este proceso tiene varias ventajas
respecto al reciclaje mecánico y energético.
Una de las principales es que mediante
la disolución, es factible la reducción del
volumen del polímero en más de 100 veces,
lo que ayuda a la optimización de espacio en
los rellenos sanitarios [9]. Adicionalmente,
la calidad del material reciclado que se
obtiene mediante este proceso es similar a
la calidad del material virgen [2].
Para el reciclaje por el método disolución
– precipitación es necesario definir el
solvente y el agente precipitante a utilizar
según las siguientes consideraciones. Para
seleccionar el solvente a ser utilizado en
el proyecto, se debía considerar la relación
de solubilidad del poliestireno. Este término
permite conocer la interacción entre un
polímero con cada uno de los solventes
orgánicos. Según lo establecido por Yau
et al. [19], el poliestireno es soluble en
solventes que cumplan la siguiente relación:
√((δv-18 )2+(δh-5)2 )<5
donde 5 es el radio de la región de solubilidad,
de modo que, se puede inferir que el
benceno (relación=2,97), el tetrahidrofurano
(relación=2,99) y el tolueno (relación=2,95)
son buenos disolventes del poliestireno
al contrario del metanol (relación=17,37)
considerando la relación de solubilidad del
poliestireno. Esta relación de solubilidad es
una función de la contribución de las fuerzas
intermoleculares entre el soluto y solvente
[19]. Además de la relación de solubilidad,
un buen solvente preferentemente debe
tener un bajo punto de ebullición y una alta
velocidad de evaporación, de esta manera
Los 10 mejores proyectos / 29
se producirá su evaporación de la masa
del polímero recuperado en el proceso de
reprocesamiento [6].
Con estas consideraciones, se compararon
las propiedades físicas entre el tolueno y
el tetrahidrofurano, dada su buena relación
de solubilidad, para definir el solvente de
poliestireno a utilizar: Tebtolueno = 110-111ºC
y TebTHF = 65-67ºC, punto de inflamación
4,4ºC y -17,2ºC, presión de vapor a 20ºC es
de 22 mmHg y 143 mmHg, respectivamente
[16], [17].
Después de analizar esta información se
puede deducir que el THF, por tener una
presión de vapor mayor, se evapora más
fácilmente que el tolueno. Además, su
temperatura de ebullición es menor, por lo
que la recuperación de THF por destilación
después del reciclaje del EPS será más
factible y más seguro que usar tolueno en
el proceso de disolución, disminuyendo así
costos por consumo de reactivo y permite
tener un proceso más amigable con el
ambiente. Sin duda los dos compuestos son
altamente inflamables, pero el tolueno lo
es más. Por tanto, el THF fue seleccionado
como el solvente para la disolución del EPS
de desecho, al presentar tales ventajas.
Las operaciones del proceso de reciclaje
son basadas en la metodología descrita en
la Patente inventada por Notari et al. [11];
sin embargo, las variables y condiciones
de este proyecto son diferentes a la de la
30 / PREMIO ODEBRECTH 2014
patente mencionada y serán establecidas
por medio de experimentación. Para el
proceso propuesto no es necesario realizar
la disolución y la precipitación a altas
temperaturas, por lo que el procedimiento
se realiza a temperatura ambiente y presión
atmosférica, de esta manera se hace viable
implementar el proyecto con un bajo costo
de operación. Por otro lado, como cita la
patente [11], los glicoles son disolventes
utilizados para la precipitación selectiva
del poliestireno, por lo que se escoge al
etilenglicol como agente precipitante.
Una ventaja de utilizar tetrahidrofurano
y etilenglicol, es la diferencia significativa
entre sus puntos de ebullición, lo cual
permite su sencilla recuperación después
del proceso de disolución – precipitación,
de modo que el proceso propuesto no
origina contaminación con solventes y más
bien permite su reutilización. La selección
del procedimiento de recuperación del
solvente y agente precipitante se estableció
en pruebas preliminares desarrolladas en el
laboratorio.
Para eliminar la contaminación del polímero
recuperado con agente precipitante, se
realizará un lavado con alcohol isopropílico,
basándose en el criterio de “lo semejante
disuelve a lo semejante”. De modo que el
alcohol forma una solución monofásica
con el glicol, permitiendo la extracción
efectiva del etilenglicol de la estructura del
precipitado. Gracias a su alta volatilidad se
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
podrá recuperar fácilmente por destilación
el isopropanol para su reutilización,
lo que conlleva a la recuperación y
posterior reuso del etilenglicol (agente
precipitante), generando un proceso limpio
y ambientalmente amigable. La elección
del reactivo de lavado se fundamentó en
pruebas preliminares desarrolladas en el
laboratorio.
Por lo tanto, el presente proyecto se plantea
como una alternativa de tratamiento
de desechos de EPS para solucionar la
problemática ambiental que lo rodea. Se
espera como resultado la obtención de
poliestireno apto para su comercialización
como material de extrusión, por medio
del reciclaje por la técnica de disolución
– precipitación. Además, incorpora la
recuperación y reutilización de los solventes
y reactivos usados en el procedimiento,
favoreciendo a la reducción de gastos
económicos a causa del consumo de los
reactivos y previniendo la contaminación
por desechos orgánicos.
Problemática a abordar
Los plásticos se han convertido en el
material preferido para satisfacer las
necesidades del consumidor, por lo que
su producción mundial tiende a aumentar
un 5% por año; estimándose 265 millones
de toneladas de plásticos para el 2010
[10]. Como resultado de este consumo, se
generan grandes cantidades de residuos,
de los que más de 3 millones de toneladas
corresponden al consumo de poliestireno
expandido (EPS), con un incremento del 6%
al año, provocando la disminución de la vida
útil de los rellenos sanitarios [18].
A nivel nacional, el manejo incorrecto de los
residuos sólidos constituye un problema
debido a que los servicios básicos de aseo
urbano no logran manejar los desechos
de forma satisfactoria y no existe una
cultura de disminución ni clasificación de
los residuos, por lo que para facilitar la
manipulación de los desechos comunes,
peligrosos e infecciosos, se han acreditado
gestores ambientales. Sin embargo, con
respecto al reciclaje, la situación no es
alentadora ya que, según la estimación del
EMASEO, solo se reciclan 9,73% del total de
desechos generados. [5]
En la ciudad de Quito, para el año 2013
existían 47 gestores tecnificados, 95 a
mediana escala y 31 gestores artesanales
vigentes; de estos gestores, solo 3
manejan poliestireno cristal y poliestireno
expandido. En el sector artesanal ninguno
trabaja con dicho material. En consecuencia,
la reutilización y tratamiento de este
desecho es insuficiente, considerando
las 16,6 toneladas de residuos sólidos
por día correspondientes al poliestireno
que se producen solamente en el Distrito
Metropolitano de Quito, según estimaciones
del año 2012 [7].
Los 10 mejores proyectos / 31
El consumo significativo de EPS se
debe a que es el material predilecto
para empaque de electrodomésticos,
embalaje de alimentos, aislante térmico o
acústico y actualmente usado para realizar
hormigones ligeros [1], [13]. Esta preferencia
se explica por sus características, entre
las cuales se encuentran: peso ligero,
estabilidad
dimensional,
resistencia
química, propiedades eléctricas, flotabilidad
y bajo costo [1], [12]. Sin embargo, los
productos de EPS tienen un ciclo de vida
relativamente corto [13], causando serios
problemas ambientales, por lo que varios
países optan por reciclar los desechos
industriales y urbanos como una solución
para mitigar este desafiante problema [12].
La problemática del EPS radica en su
volumen debido a la baja densidad del
material. Como indica Samper et al. [13], un
camión de residuos con una capacidad de 70
m3 sólo podría transportar entre 700-1.700
kg de EPS, lo que implica un elevado costo de
transporte hacia los lugares de recuperación.
A esta situación se suma que es considerado
un material no biodegradable [14], por lo que
si no se descompone permanecerá por
años en los botaderos ocupando extensos
espacios [10].
Con este preámbulo se puede concluir que
estos residuos son un problema ambiental
a tratar, tomando en cuenta que el EPS es
un material no biodegradable, con un ciclo
de vida corto y volumen característico.
32 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Además, dado que los desechos de
EPS se visualizan en los sectores que
comercializan con electrodomésticos
y similares, surgió la idea de reciclar el
EPS, para implementar una alternativa
de solución a la generación de estos
desechos, y de esta manera obtener un
producto con valor agregado a partir de
lo que hasta ahora se consideraba como
“basura plástica”.
Metodología y Herramientas
El proyecto propuesto tiene como fin el
diseño de una planta de reciclaje de EPS
a partir del desarrollo del método de
disolución – precipitación, siendo necesario
el estudio de las variables que interfieren en
el proceso para garantizar la obtención de
un producto apto para su reprocesamiento.
El estudio inicia con la recolección de
los desechos de EPS durante 2 meses,
procedentes de un local comercial de
electrodomésticos ubicado en el sector de
Carcelén. El tratamiento de este material,
previo a su caracterización, consistirá en:
• Fragmentación hasta un tamaño de
partícula menor o igual a 4 mm en un molino
de cuchillas.
• Homogeneización por el método de
cuarteo para la obtención de una muestra
representativa.
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
La caracterización de los residuos de EPS
recolectados se realizará mediante las
siguientes técnicas:
• Espectroscopia infrarroja por Transformadas
de Fourier FTIR.- se conocerán los grupos
funcionales que conforman la estructura del
material recolectado observando las bandas
de absorción y será posible su comparación
con espectros de compuestos puros.
• Viscosimetría.- por este método se
determinará el peso molecular del material
recolectado [15].
• Caracterización térmica.- se realizará un
estudio calorimétrico mediante calorimetría
diferencial de barrido (DSC) (ASTM D3418
– 12 (e1)) y termogravimetría (TGA) (ASTM
E1131 – 08) [3], [4].
Método disolución – precipitación:
Para el desarrollo del proceso se evaluará
el contenido de EPS en la disolución y
la proporción de agente precipitante en
función de la calidad de producto obtenido.
El EPS homogeneizado será disuelto
en tetrahidrofurano (THF), variando el
contenido de polímero en la solución de
THF en las proporciones de 10, 20, 30 y 40%
[11]; estos porcentajes fueron establecidos
después de realizar pruebas de laboratorio.
El proceso se desarrollará bajo agitación
mecánica constante.
En cada porcentaje de mezcla se recuperará
el poliestireno disuelto por precipitación,
empleando como agente precipitante al
etilenglicol (EG), el mismo que se adicionará
lentamente y bajo agitación. De acuerdo
a Achilias et al. [2] se prueba una relación
volumétrica de 1⁄3 solvente/precipitante;
por lo tanto se ensayarán relaciones
menores 1⁄1 ,1⁄2 y 1⁄3 (THF/EG) para
conocer su influencia en el proceso.
Al término de la adición de agente
precipitante se deja el sistema en reposo,
de manera que el polímero precipitado
ascienda por diferencia de densidades en la
solución THF - EG. Se filtrará esta solución
para separar el precipitado [11]. Dada la
consistencia del polímero precipitado es
necesario secar durante 1 hora a 100°C para
que endurezca y sea fácil su reducción de
tamaño en un molino de cuchillas, lo cual
ayudará a la remoción del remanente de la
solución THF – EG.
Una vez molido, el precipitado será
lavado con alcohol isopropílico durante 1
hora y con agitación. Posteriormente, se
someterá a un secado a 100°C durante
11 horas en una estufa; de modo que se
pueda evaporar restos de EG contenidos
dentro de la estructura del precipitado. La
temperatura de secado fue seleccionada
experimentalmente después de probar el
rango de temperatura establecido por Notari
et al. [11] en la patente. El tiempo de secado
fue determinado en pruebas preliminares.
Los 10 mejores proyectos / 33
Finalmente, se evaluará comparativamente
los resultados de la caracterización
del material de partida (EPS) con la del
poliestireno recuperado, de manera que
se pueda comparar sus características
estructurales, nivel de contaminación y
propiedades térmicas; y de esta manera
avalar la calidad del material reciclado. Para
la caracterización del poliestireno reciclado
se utilizarán las mismas técnicas descritas
para el material de partida (EPS). Se
determinará el índice de fluidez para validar
sus propiedades como materia prima
para reprocesamiento, además de ser un
referente del peso molecular del polímero.
Con la información obtenida en la
experimentación descrita, se determinarán
las condiciones adecuadas de concentración
de EPS en THF y de la proporción de EG,
que permitan recuperar un polímero
precipitado con propiedades aptas para el
reprocesamiento.
Recuperación del solvente y agente
precipitante:
Se recuperará el solvente y el agente
precipitante usados en el proceso de
reciclaje por medio de la destilación
de la solución THF - EG obtenida de la
filtración. El proceso que se llevará a cabo
en una columna de fraccionamiento.
El rendimiento de la destilación estará
definido por la cantidad de solvente y
agente precipitante recuperado.
34 / PREMIO ODEBRECTH 2014
La eficiencia de la recuperación se evaluará a
través de la pureza química de los productos
de la destilación, para lo cual, el destilado y
residuo se analizarán por espectroscopia
infrarroja comparando sus estructuras
con los estándares bibliográficos de THF y
EG, respectivamente. Además, se medirá
el índice de refracción de los productos de
destilación. Este valor se ubicará en curvas
de calibración que permitan determinar
la concentración en la que se encuentran
tanto el destilado como el residuo. Las
curvas serán previamente realizadas con
estándares de THF – EG, representadas
como índice de refracción versus
concentración.
Recuperación del alcohol isopropílico:
Se recuperará el alcohol isopropílico
usado en el lavado del precipitado por
medio de destilación fraccionada de la
solución filtrada. El rendimiento de este
proceso estará definido por la cantidad
recuperada, y al igual que la recuperación
anterior, la pureza química del destilado y
residuo se analizarán por la medición del
índice de refracción.
Diseño de la planta de reciclaje del EPS:
Una vez que se fijen las principales
condiciones para el método de disolución
– precipitación y recuperación del solvente,
es posible diseñar el proceso de reciclaje
de EPS, y en base al balance de masa
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
respectivo se podrá dimensionar los
equipos que intervienen en él.
Se establecerán las etapas del proceso de
reciclaje de EPS mediante un diagrama de
bloques (BFD) y un diagrama de flujo (PFD).
La distribución de los equipos en planta se
podrá visualizar por medio de un Lay Out de
la planta, donde se puede apreciar el área
necesaria para la instalación de la misma.
Soluciones propuestas
La solución propuesta para aplacar la
problemática ambiental que envuelve la
generación de desechos de espuma flex
(EPS), es el diseño de una planta de reciclaje a
partir del desarrollo del proceso de disolución
– precipitación con el cual se podrá obtener
poliestireno apto para su reprocesamiento
que servirá para la posterior producción de
perfiles, películas protectoras, materiales de
papelería, cubiertas de construcción, entre
otros. El proceso propuesto garantizará una
recuperación aproximadamente del 90% del
polímero.
El poliestireno expandido (EPS) que
generalmente es desechado a la basura
será recolectado para su reciclaje. El
procedimiento propuesto incluye la
disolución de los residuos recolectados y la
precipitación del poliestireno recuperado.
Adicionalmente, se recuperará el solvente
(THF), el reactivo de lavado (alcohol
isopropílico) y el agente precipitante (EG);
para su reutilización en el mismo proceso.
Finalmente, el poliestireno recuperado se
lavará y se secará para eliminar impurezas,
de manera que se obtenga un material con
propiedades cercanas o iguales a las de un
material virgen.
El proyecto se puede implementar
como una forma de tratamiento de los
residuos plásticos debido a que hay
disponibles toneladas de desecho de
EPS procedentes de los residuos del
empaque de electrodomésticos, los
cuales no cuentan con un tratamiento
post consumo. La planta basada en el
proceso de reciclaje propuesto presenta un
diseño ambientalmente amigable debido al
reciclaje de poliestireno (basura plástica)
y a la reutilización de los reactivos que
intervienen en el procedimiento.
De llevarse a cabo el proyecto se contribuirá
con nuevas fuentes de empleo, no solo para
quienes forman parte de la industria sino
también para los recolectores de basura,
operarios, comercializadores, entre otros.
Se tendrá una solución ambiental positiva
en la ciudad de Quito, con proyecciones
a nivel nacional, y se podrá contribuir
económicamente a la sociedad en general.
Viabilidad
La ejecución de una planta de reciclaje
de desechos de poliestireno expandido,
comúnmente conocidos como espuma flex,
Los 10 mejores proyectos / 35
se desarrolla dentro de los tres ámbitos de
la sustentabilidad:
Ambiental:
En este ámbito se favorecerá a la vida
útil de los botaderos, ya que este tipo
de desechos ya no ocuparán extensos
espacios, y se eliminará la contaminación
visual que existe en la ciudad en lo que
a poliestireno expandido respecta. Este
método de reciclaje no solo reduce el
volumen del EPS y proporciona poliestireno
para reprocesamiento, sino que también
permite la reutilización de los reactivos
que intervienen en el proceso; de modo
que no se generan desechos orgánicos
al ambiente. Limita el uso de recursos no
renovables para la obtención de artículos
de poliestireno mediante el uso del material
reciclado en lugar de poliestireno virgen.
Social:
Se aportará en la creación de plazas de
trabajo tanto para los recolectores de
basura, gestores ambientales y personas
que intervienen directamente en el proceso
(sector industrial) y la comercialización del
producto. A la vez, la creación de una planta
de reciclaje incentiva una cultura de cuidado
ambiental para el sector social que la rodea.
Económico:
Esta planta constituirá un aporte económico
36 / PREMIO ODEBRECTH 2014
en el sector industrial y apunta a ser un
negocio rentable al tomar en cuenta varios
aspectos: se produce poliestireno a partir de
desechos; se recupera y reusa el solvente,
agente precipitante y reactivo de lavado y, el
proceso de reciclaje no involucra equipos de
alta tecnología, por lo que la inversión no es alta.
Conclusiones
• El proyecto es innovador ya que en el país no
se ha implementado la técnica de disolución
– precipitación para reciclaje de EPS.
• Se puede recuperar aproximadamente el
90% del poliestireno que se recicle.
• El proyecto es ambientalmente sostenible
porque
recupera
poliestireno
para
reprocesamiento a partir de desechos de
EPS, aumenta el tiempo de vida útil de los
rellenos sanitarios, y evita contaminación
por desechos orgánicos.
• El proyecto es socialmente sostenible
porque involucra a diferentes sectores
sociales para la ejecución del mismo:
recolectores
de
basura,
gestores
ambientales,
sector
industrial
y
comercializadores.
• El proceso propuesto para desarrollarse
en la planta de reciclaje no presenta
complejidad ni equipos difíciles de
encontrar en el mercado. En consecuencia,
el proyecto puede llevarse a cabo sin
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
mayor problema y es técnicamente
viable.
• El proyecto se hace económicamente viable
respecto al consumo de reactivos gracias a
su recuperación y reuso. Además, la materia
prima es un desecho que no cuenta con
ningún tratamiento post consumo.
• Este proyecto puede aplicarse a nivel
nacional.
Consideraciones finales
• El proyecto propuesto tiene gran potencial
en el área de reciclaje, porque puede
recuperar aproximadamente el 90% de
poliestireno a partir de basura plástica. Este
poliestireno podrá ser utilizado para crear
perfiles, películas protectoras, materiales
de papelería, cubiertas de construcción,
reflectores de luz, etc.
preliminares respecto a la incertidumbre de
la pureza del polímero recuperado debido al
uso del solvente o agente precipitante. Por
esta razón además del proceso de secado,
fue necesario incluir un proceso de lavado.
• Inicialmente se propuso un lavado con
agua, lo cual originaría contaminación a
los efluentes líquidos en la planta, por
lo que se buscó una sustancia más afín
con el agente precipitante para que lo
libere de la estructura del precipitado
fácilmente y pueda recuperarse con una
destilación simple.
• Se concluyó que se obtendrá un producto
más puro si se reduce de tamaño el
precipitado, por lo que se implementó un
proceso de molienda antes del lavado del
producto reciclado.
• La implementación del proyecto ha sido
estudiada en la ciudad de Quito; sin embargo,
puede extenderse a nivel nacional.
• La recolección de EPS desechado no
es una limitante para el desarrollo del
proyecto, dado a que estos residuos
se encuentran en los basureros de los
sectores comerciales, a espera de que el
carro recolector se los lleve. Para los locales
de electrodomésticos, quiénes disponen
grandes cantidades de este material, es
una ayuda el retirar este desecho.
• El desarrollo de la metodología a utilizar
presentó ciertas dificultades en las pruebas
Los 10 mejores proyectos / 37
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38 / PREMIO ODEBRECTH 2014
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EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
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DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
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@1371782074@893C7674B0F3653E37C424B725AE4AAC86522
40 / PREMIO ODEBRECTH 2014
RECICLAJE DE POLIESTIRENO
EXPANDIDO (ESPUMA FLEX)
POR EL MÉTODO DE
DISOLUCIÓN – PRECIPITACIÓN
EC4+/S1877705811003419/1-s2.0-18777058 11003419-main.pdf?_
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Los 10 mejores proyectos / 41
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A
VIVIENDA DE INTERÉS SOCIAL
AUTORES
ORIENTADOR
Sonia Marlene Prieto Jiménez
Deysi Johanna Velepucha Mora
Arq. Wilson Marcelo Vázquez Solorzano
Universidad de Cuenca
L
a pobreza es un hecho latente en el mundo y sobre todo en
los países en vías de desarrollo como el nuestro. El nivel de
pobreza en un país trae consigo el adelanto o retroceso del
mismo, así como el impedimento que sus ciudadanos puedan poseer
una vivienda propia, alimentación e inclusive vestimenta, por lo que
todos los gobiernos implantan proyectos habitacionales con el fin de
suplir sus déficits.
Se tiene conocimiento que una de las formas para dotar de viviendas
de una manera más óptima es mediante la prefabricación de los
elementos que conforman la vivienda, con lo que se logra reducir costos
de materiales, tiempo de ejecución de construcción y mano de obra.
Para el caso de la presente investigación se ha buscado nuevos
materiales para ser combinados con los tradicionales, buscando a la
vez, prácticas más amigables con el ambiente y la posibilidad de crear
un espacio de aprendizaje para profesionales comprometidos con la
situación de pobreza de muchas familias de nuestro país, convirtiendo
a los conocimientos académicos en instrumentos de desarrollo, y
a los profesionales en el nexo entre quienes no logran satisfacer
sus necesidades (pobladores) y quienes tienen los recursos y la
responsabilidad de apoyarlos (Estado).
Compilación de los mejores proyectos / 43
Objetivo General
Incursionar en una nueva técnica
constructiva, que sea amigable con el medio
ambiente y que aporte de forma sostenible
a los sistemas habituales y además se logre
reducir costos en la construcción.
Objetivos Específicos
• Usar materiales reciclados para la
elaboración del panel prefabricado.
• Dar un destino útil a una parte de los
residuos desechados por el hombre, los que
contaminan el medio ambiente.
• Reemplazar técnicas constructivas
tradicionales que producen deterioro del
medio ambiente.
• Lograr economía de medios, con paneles
de calidad que reduzcan sus costos en
el mercado de la construcción y logren
espacios confortables.
Alcance
Debido a la utilización de material reciclado se
prevé se beneficie al medio ambiente, evitando
la acumulación de material desechado, así como
la reducción de contaminación, por lo que en
relación directa se encontrará beneficiado cada
uno de los habitantes del planeta. Además,
permitirá el acceso a una vivienda digna y
confortable a los colectivos que lo requieren.
44 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Fundamento Teórico
En la actualidad debemos ser conscientes
que la pobreza es un hecho latente en
el Ecuador, por lo que se debe buscar
alternativas para desarrollar soluciones
habitacionales. El censo del año 2009
(INEC) arrojó que existe un déficit en
Ecuador de 700 mil unidades, situándose
directamente en la clase baja en un 65%.
Dentro de este déficit se puede dividir a
dos grupos, el uno llamado formal, en él se
encuentran las personas que por medio de
sus ahorros o ingresos mensuales podrán
acceder a su propia vivienda; mientras que
existe el segundo grupo que se lo llama
auto gestionado, en el que se encuentran
las personas cuyos ingresos son mínimos
y necesitarán de un préstamo o bono para
poder adquirir una vivienda. Por lo antes
señalado se ve la necesidad de desarrollar
nuevos sistemas constructivos, además de
buscar alternativas de incluir e incursionar
en la reutilización de elementos y materiales
ya existentes, con la innovación de otros,
con los cuales se tiene como fin ayudar
al ecosistema; así como, abaratar precios
a través de procedimientos sostenibles,
cubriendo de esta forma necesidades
del presente sin comprometer a la
generaciones futuras.
Dentro del campo de los prefabricados, se
tiene claro conocimiento que en el Ecuador
no se ha desarrollado significativamente.
Existen pocas empresas destinadas a la
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
elaboración de materiales de construcción
que hoy en día han decidido realizar
productos por medio de esta vía, las
cuales fabrican paneles prefabricados de
hormigón, que se los puede encontrar
en el mercado. La finalidad de llevar
un producto a que sea prefabricado y
posteriormente industrializado es múltiple,
con los consiguientes beneficios que
traerían, por ejemplo: reducción de tiempo
de construcción, reducción en el costo de
mano de obra, y al ser industrializado este
producto, se obtendrá la disminución del
costo final del elemento, por lo que se ve la
necesidad de incursionar en este ámbito.
Si bien en Ecuador el sistema de reciclaje no
es una acción que se encuentre insertada
en su totalidad, se ha buscado por medio
de instituciones como municipios y
organismos privados o independientes,
mecanismos, campañas y programas,
con la finalidad que este proceso sea
más responsable y eficaz dentro de la
población. Para realizar un óptimo reciclaje
de cartón y papel periódico, se debe tener
conocimiento que existe una variedad de
estos materiales que no podrán servir para
ser reciclados, tales como: los papeles o
cartones que tengan manchas de aceite
o tinta, así como etiquetas adhesivas,
puesto que al ser mezclados con materia
prima apta para reciclar y reutilizar, lo único
que se obtendrá será la contaminación
del producto. En cifras, se estima que un
adecuado reciclaje, trae consigo una ayuda
significativa al medioambiente, al reciclar
una tonelada de papel se ahorran 2 metros
cúbicos de vertedero, 26.500 litros de agua
y una emisión de 900 kilos de CO2, gas
causante del cambio climático.
De acuerdo a información brindada por la
Asociación Española de Recuperadores de
Papel y Cartón (RECAPAR), alrededor del
19% del papel elaborado a nivel mundial
para el uso de la población es irrecuperable
debido a que un porcentaje se encuentra
dentro de los mismos hogares, como fichas
de estantería, libros, folletos almacenados,
y otro porcentaje, el cual simplemente por
su proceso fueron mal manipulados y su
reciclaje se vuelve imposible; sin embargo,
se prevé que al realizar un adecuado
reciclaje de cartón y papel, se podría tener
un ahorro del 33% de energía necesaria
para producirlos.
Problemática a abordar
Se pretende disminuir los problemas
ambientales por medio de la reutilización de
materiales reciclados y generar un panel que
se destinará a viviendas de interés social.
Metodología y Herramientas
Al tener conocimiento que en la actualidad
las cantidades de desechos en el planeta
se han ido incrementado, hemos analizado
la posibilidad de la reutilización de algunos
de estos materiales, para la realización de
Los 10 mejores proyectos / 45
uno nuevo, el cual pueda ser amigable con
el medio ambiente. En nuestro estudio
pudimos investigar materiales desechados
como; caucho, plástico, vidrio, papel, cartón
y elementos orgánicos (arroz, paja, etc.).
Luego del análisis de cada uno de los antes
mencionados, optamos por seleccionar el
cartón y papel para nuestro proyecto por
ser considerados unos de los materiales
con un alto porcentaje dentro de los
reciclados. Posterior a elegir el material y al
tratarse de un panel destinado a la vivienda,
se tenía conocimiento que debería cumplir
con las normativas INEN NTE que rigen en
el país, por lo que, nos introducimos a la
búsqueda de las normativas que tengan
relación con la elaboración tanto de paneles
como de elaboración de hormigones, por lo
que se hizo uso de varias de ellas. Entre las
más importantes están:
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
NTE INEN 1 576: 2011
Hormigón
de
cemento
hidráulico,
elaboración y curado en obra de
especímenes. 2011.
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
Nte Inen 0198:87
Cemento hidráulico. Determinación de la
resistencia a la flexión y a la compresión de
morteros. 1987.
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
NTE INEN 2 167
Varillas con resaltes de acero de baja
aleación, soldables, láminas en caliente y/o
termotratadas para hormigón armado. 2003
Dentro de las herramientas que se han
utilizado en la realización de este proyecto
tenemos:
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
NTE INEN 155:2009
Cemento hidráulico. Mezclado mecánico de
pastas y morteros de consistencia plástica. 2009.
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
NTE INEN 2 502:2009
Cemento hidráulico. Determinación del Flujo
en morteros. 2009.
• Instituto Ecuatoriano de Normalización.
NTE INEN 488:2009
Cemento hidráulico. Determinación de la
resistencia a la compresión de morteros en
cubos de 50mm de arista. 2009.
46 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Figura 1. Balanza digital
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
Figura 2. Mezcladora
Figura 4. Mesa de flujo
Figura 3. Molde para especímenes
Figura 5. Máquina para compresión
Los 10 mejores proyectos / 47
Soluciones propuestas
Para la realización del panel prefabricado
con material reciclado, se deberá elaborar la
mezcla del hormigón alivianado, triturando
tanto el cartón como el papel previo
a ser usados en la mezcla final, de esta
forma proporcionará mayor adherencia.
Además, se usará un aditivo plastificante
acelerante para hormigón, que tiene como
característica brindar resistencia inicial y
final al concreto, aumento de trabajabilidad
de la mezcla, un pronto uso de las obras,
un rápido desencofrado, además mejora
sustancialmente el acabado de los
prefabricados. En la elaboración del panel
se ha trabajado con un 2% de aditivo en
relación al cemento. Una vez seleccionados
los materiales, se procede a realizar algunas
mezclas con diferentes dosificaciones
basadas en los procedimientos de la norma
INEN 488 2009, que arrojaron como
resultado los siguientes datos:
PROYECTO PARA CONCURSO ODEBRECHT - ECUADOR
RESUMEN DE RESISTENCIA 7 DÍAS - 14 DÍAS - 28 DÍAS
Dosificación
No.
Prueba Cemento Arena
Cartón
Papel
Relación
a/c
Aditivo
f’c 7 días
(kg/cm2)
f’c 14 días
(kg/cm2)
f’c 28 días
(kg/cm2)
1
2
0,05
0,05
0,7
2
84,21
86,00
125,35
2
1
3
0,05
0,05
0,7
2
84,24
99,70
119,96
3
1
4
0,05
0,05
0,7
2
42,58
46,43
57,49
4
1
2
0,05
0,05
0,7
1
80,56
85,30
97,07
5
1
3
0,025
0,025
0,88
0
16,66
59,00
76,08
6
1
2
0,05
0,05
0,9
2
71,96
113,19
121,90
1
7
1
2,75
0,05
0,05
0,9
2
67,91
79,80
107,60
8
1
2,90
0,05
0,05
0,9
1
63,58
90,15
97,02
9
1
3
0,05
0,05
0,9
2
59,11
90,81
120,24
10
1
4
0,05
0,05
0,9
2
61,59
73,67
84,24
11
1
3
0,075
0,075
0,9
2
62,33
116,34
119,01
12
1
2
0,1
0,1
0,9
2
35,33
90,96
114,70
Debido al análisis en la fluidez de la mezcla,
se ha tomado como dosificación idónea para
la fabricación del panel la que pertenece al
número 6, teniendo una resistencia a los 28
días de 121,90 kg/cm2. Se debe mencionar
que existen dosificaciones superiores,
48 / PREMIO ODEBRECTH 2014
como la número 1; sin embargo, por lo
espeso de su mezcla se podría usar para la
realización de bloques. Para la elaboración
del panel se debe realizar los siguientes
pasos, descritos en la norma NTE INEN
488 2009:
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
1.- Pesar cada uno de los materiales
seleccionados de acuerdo a las cantidades
requeridas para la dosificación:
• Cemento (Imagen 6)
• Arena fina (Imagen 7)
• Aditivo (Imagen 8)
• Agua (Imagen 9)
• Cartón (Imagen 10)
• Papel periódico (Imagen 11)
Figura 6. Peso de materiales: Cemento
Figura 8. Peso de materiales: Aditivo
Figura 7. Peso de materiales: Arena
Figura 9. Peso de materiales: Agua
Los 10 mejores proyectos / 49
Figura 10. Peso de materiales: Cartón
Figura 12. Agregar el cemento
Figura 11. Peso de materiales: Papel
Figura 13. Agregar la arena
2.- Se procede a colocar el agua en la
mezcladora, luego se debe adicionar el
cemento (Imagen 12). Posteriormente
colocar la arena (Imagen 13). Seguido del
aditivo plastificante - acelerante (Imagen
14), finalmente agregar el cartón (Imagen
15) y papel periódico (Imagen 16), y se deja
mezclar durante 1 1/2 minutos (Imagen 17).
50 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Figura 14. Agregar el aditivo
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
Una vez obtenida la mezcla se procede a la
elaboración del panel, para lo que se debe
verter la primera capa de 2,50 cm de espesor,
la cual debe ser distribuida y compactada
con la ayuda de herramientas manuales y
colocamos la malla exagonal de 1” (Imagen
18). Posteriormente se llena el molde con el
resto de mezcla de igual manera que en la
primera capa, se compacta y distribuye en
la totalidad del molde para culminar con el
alisado del panel (Imagen 19).
Figura 15. Agregar el cartón
Figura 16. Agregar el papel
Figura 18. Colocación de la malla
Figura 17. Mezclar
Figura 19. Alisado de superficie
Los 10 mejores proyectos / 51
El panel debe ser desmoldado a las 48
horas desde su fabricación (Imagen 20
y 21). El sistema de ensamblaje que se
seleccionó para esta investigación ha sido el
machihembrado, que consta de dos partes,
el uno es el macho y la otra es la hembra.
Al ser juntados conforman un sistema de
ensamblaje adecuado para este tipo de
panel, las dimensiones de las ranuras son
de 2,5 cm x 2,5 cm, al igual que el elemento
que pertenece al macho. En lo que respecta
al espesor del panel está estudiado a
que sea de 5 cm por los requerimientos
estructurales y para que sea manipulado
manualmente. Su longitud y altura variarán
entre 0,30 m hasta 1,20 m según sea la
exigencia del diseño de la edificación a
partir de la modulación, pudiendo inclusive
variar la orientación del elemento.
Figura 21. Panel macizo
Implementación del panel dentro del
diseño de una vivienda de interés social
Figura 20. Panel macizo
52 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Con el fin de suplir el déficit habitacional,
se ha propuesto la investigación de un
material que pueda abaratar sus costos,
para que de esta forma pueda ser accesible
a más personas, siendo una gran ayuda
tanto al ecosistema, puesto que se reutiliza
material que ha sido reciclado, así como al
sector de la población que carece de una
vivienda propia.
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
Una vez realizados los paneles se analizó
el precio que tendrían en el mercado,
el cálculo se realizó incluyendo precios
directos, indirectos y comparando el panel
investigado con otros que se encuentran
en el mercado de la construcción. Se ha
evidenciado una reducción de precios,
empresas como Hormypol venden
paneles macizos de 1,20 m x 0,90 m a
$25,80 dólares, y el panel de 1,20 m x
0,90 m con placa de poliestireno más
malla exagonal a $30,50 dólares. El panel
macizo aquí investigado de 1,20 m x 0,90
m tendría un valor comercial de $14,06,
y el panel con placa de poliestireno de
1,20 m x 0,90 m a $16,02, evidenciando
la reducción de costos, por lo cual se
alcanza el objetivo principal de bajar
costos de mercado. También, se puede
lograr diferentes acabados debido a la
versatilidad del material.
Con el fin de evitar obtener diversidad de
paneles, se ha programado que las culatas
sean de OSB hidroresistente, de esta forma
se tendrá 7 diferentes paneles; P1 1,20 x 1,2
m, P2 0,9 x 1,20 m, P3 0,60 x 1,20 m, P4
1,20 x 0,3 m, P5 0,9 x 0,3 m, P6 0,60 x 0,30
m, P7 (1,2 x 1,2 m)-(0,6 x 0,90 m), llegando
a un total de 73 paneles.
A continuación se mostrará la distribución
de los paneles tanto en planta, como en
elevación de la vivienda social propuesta
en esta investigación.
Los 10 mejores proyectos / 53
A
B
C
6,60
3,10
0
0,90
1,20
0,90
0,10
0,30
3,30
0,60
0,30
0,90
0,30
0,90
0,10
1,20
3,30
COCINA
3,40
0,90
0,90
BAÑO
1,20
3,30
3,40
1
0,10
0,10
1
3,40
3,00
0
6,90
0,10
1,20
3,40
0,90
1,20
1,20
3,30
SALA
INGRESO
0,10
0,90
3,30
3,40
DORMITORIO 1
3
0,10
3
2
COMEDOR
1,20
2
6,90
0,10
1,20
1,20
DORMITORIO 2
0,90
1,20
0,90
0,90
0,60
3,00
0,10
1,20
0,60
3,30
3,10
0,10
3,40
6,60
A
B
1,20
1,20
P4
P2
P5
P3
P3
P2
P3
0,60
1,20
0,60
P2
P2
0,90
1,20
0,90
54 / PREMIO ODEBRECTH 2014
P4
P2
P2
Pared 1
C
0,90
P3
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
1,20
P2
P2
P1
1,20
P6
P2
P2
P1
P3
0,90
0,90
1,20
0,60 0,60
P3
Pared 2
P3
P2
P7
P7
P2
P2
P2
P2
P2
P2
0,90
1,20
0,90
1,20
0,90
1,20
Pared 3
1,20
P2
P1
P1
P1
P1
P2
1,20
OSB
P2
P1
P1
P1
P1
P2
0,90
1,20
1,20
1,20
1,20
0,90
Pared A
Los 10 mejores proyectos / 55
P1
P1
P1
P1
1,20
P5
P1
P1
P1
P1
1,20
P5
1,20
1,20
1,20
1,20
0,90
0,90
Pared B
1,20
P2
P1
P1
P1
P2
1,20
OSB
P2
P1
P1
P1
P2
0,90
1,20
1,20
1,20
0,90
1,20
P3
P3
P1
P1
1,20
Pared C
P3
P3
P1
P1
0,60
0,60
1,20
1,20
Pared entre B y C
56 / PREMIO ODEBRECTH 2014
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
A continuación se presentarán una serie de detalles del panel y su ensamblaje:
DETALLE 1: Tipo de paneles
DETALLE 1.2: Panel macizo
LEYENDA:
1. Sistema de ensamblaje
(machiembrado)
2. Hormigón alivianado
f´c=121,90 kg / cm2
3. Malla exagonal de 1”
Elevación frontal de panel
Escala - 1:20
Corte Y-Y
Escala - 1:20
DETALLE 2: Unión entre paneles
Corte detalle 2
Escala - 1:2
Perspectiva de detalle 2
Escala - gráfica
Los 10 mejores proyectos / 57
LEYENDA. DETALLE 2:
1. Tornillo de ensamblaje 1”
2. Panel A de hormigón alivianado
f´c´=121,90 kg / cm2
3. Material de relleno (cartón)
4. Tornillo punta de taladro
5. Perfil acero galvanizado 50 x 25 x 0,5mm
6. Panel B de hormigón alivianado
f´c´=121,90 kg / cm2
7. Perfil acero galvanizado 51 x 25,5 x
0,5mm (solera inferior)
DETALLE 3: Tipos de anclaje
según ubicación del panel
LEYENDA. DETALLE 3:
1. Panel A
2. Perfil U de acero galvanizado 50 x 25
x0,5 mm
3. Perfil U de acero galvanizado 51 x 25,5 x
0,5 mm
4. Tornillo de ensamble 1”
DETALLE 3.1: Panel A
Referencia de ubicación de panel
Escala - 1,50
Elevación frontal de panel
Escala - 1:20
Perspectiva de panel
Escala - gráfica
58 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Corte x - x
Escala - 1:20
Corte y - y
Escala - 1:20
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
LEYENDA. DETALLE 4:
1. Perfil de acero galvanizado 50 x 25 x 0,5 mm
2. Panel de hormigón alivianado f´c´=121,90
kg / cm2
3. Columna - tubo estructural cuadrado
100 x 100 x 2mm
4. Losa de cimiento f´c´=180 kg / cm2
4. Suelo natural compactado
Perspectiva de detalla 4:
Escala - gráfica
Los 10 mejores proyectos / 59
Viabilidad
En la actualidad debido a la incidencia,
mucha veces negativa del hombre sobre
el planeta, se ha tratado de buscar nuevas
alternativas de carácter reciclable, y por
lo cual en la actual investigación se ha
propuesto introducir un elemento a base de
materiales reciclados.
Para desarrollar un nuevo sistema
constructivo que sea amigable con el medio
ambiente se deberá tener en cuenta que
su fabricación cuente con la incursión del
sistema 3R (reducir, reutilizar y reciclar), y
por lo cual se ha analizado varias opciones
de materiales, llegando a seleccionar el
uso del papel periódico y cartón reciclado
debido a que las cantidades de reciclaje
de estos materiales en Ecuador son
superiores a la de otros materiales.
Por ejemplo, en la ciudad de Cuenca de
acuerdo a datos brindados por la Empresa
Pública Municipal de Aseo de Cuenca, las
cantidades que se reciclaron en el año 2013
fueron las siguientes:
-CARTÓN: 580 toneladas/mes, PAPEL: 150
cuales mezclados con cemento, agregado
fino y aditivo, se proyectará la elaboración
de un hormigón alivianado. Obtenida la
mezcla uniforme, se la utilizará para realizar
un panel prefabricado, que estará destinado
a vivienda de interés social.
Conclusiones
• El déficit habitacional en el país podrá ser
aplacado, siempre y cuando se mantengan
las políticas de estado, planes y programas
habitacionales, los cuales tengan como
objetivo el bienestar colectivo y la
protección de las clases menos favorecidas.
• El proceso de prefabricación de productos
es un medio por el cual se puede agilizar
los procesos de construcción en un país,
pudiendo de esta forma reducir el déficit
habitacional.
• Para realizar un nuevo producto se tomará
en cuenta que se deberá acatar todas las
normativas establecidas en cada país,
para poder ser tomado como un producto
que califique dentro de las exigencias del
mercado local como internacional.
toneladas/mes, CHATARRA: 780 toneladas/
mes,
PLÁSTICO:
80-100
toneladas/mes,
VIDRIO: 30 toneladas/ mes.
De esta forma se puede constatar que existe
factibilidad y facilidad para conseguirlos en el
medio. A estos elementos seleccionados se
los usa como parte de la materia prima, los
60 / PREMIO ODEBRECTH 2014
• Como conclusión de la elaboración del
panel de hormigón alivianado con material
reciclado (cartón y papel periódico), se ha
llegado a determinar que podrá brindar
excelentes características físicas, tanto en
lo térmico como en lo acústico, además que
al seguir las normas INEN establecidas en
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
Ecuador se logró un producto final adecuado
para ser comercializado y empleado en la
construcción de viviendas.
Consideraciones finales
• Tras haber concluido este proyecto
de investigación y como conclusión
final, debemos mencionar que creemos
necesario
impulsar
la
realización
de investigaciones dentro de las
universidades, para desarrollar nuevas
técnicas constructivas amigables con el
medio ambiente, además de proporcionar
metodologías para la reutilización
de materiales reciclados, los cuales
contribuyan al desarrollo de una sociedad
y a su economía.
• Además, creemos indispensable que por
parte de los profesionales arquitectos o
ingenieros civiles que se encuentren en
ejercicio de su profesión, debería haber
mayor apertura para la incursión de estos
nuevos materiales que son sostenibles en
su realización, para que puedan ser usados
dentro de las diferentes construcciones.
• Finalmente, pensamos que se debería
seguir con los diferentes planes y
programas de reciclaje, con la finalidad
de hacer concientizar a las personas en
los beneficios y desventajas que traen
nuestras acciones para el ecosistema.
Los 10 mejores proyectos / 61
Referencias Bibliográficas
SÁNCHEZ, Diego. TECNOLOGÍA DEL CONCRETO Y DEL MORTERO.
Santafé de Bogota: Bhandar editores Ltda, 2001. Quinta edición.
AGILA PINZÓN, Galo. Vivienda prefabricada con paneles alivianados con
desechos textiles. Cuenca-Ecuador. 2002.
PICAZO, Alvaro. MEDIOS DE UNIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS.
Mayo 2007. pag.3.
62 / PREMIO ODEBRECTH 2014
PANEL PREFABRICADO DE
HORMIGÓN ALIVIANADO A BASE
DE PAPEL PERIÓDICO Y CARTÓN
RECICLADO, DESTINADO A VIVIENDA
DE INTERÉS SOCIAL
http://www.mmrree.gob.ec/ecuador_actual/bol004.asp
http:/www.miduvi.gob.ec/
http:/www.hormi2.com/tipos-de-panel/
http:/www.hormi2.com/tipos-de-panel/
https://es.wikipedia.org/wiki/Hormigón
https://www.inecyc.ec
http:/www.emac.gob.ec/
http://www.inen.gob.ec/images/pdf/catalogos/alfabetico2013.pdf
Los 10 mejores proyectos / 63
DESARROLLO SUSTENTABLE DE UN MATERIAL
ADSORBENTE Y BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO, PARA LA
DECOLORACIÓN DE AGUAS RESIDUALES
PROVENIENTES DE INDUSTRIAS TEXTILES DE LA
CIUDAD DE PELILEO, PROVINCIA DE TUNGURAHUA,
Y SU POSTERIOR USO EN LA PRODUCCIÓN DE BIOL
Y ABONO ORGÁNICO
AUTORES
ORIENTADOR
Diego Iván Rojas Rodríguez
Tamara Andrea Isch Zambrano
Ing. Florinella Muñoz Bisesti, PhD
Escuela Politécnica Nacional
P
elileo es uno de los centros de mayor producción textil del país.
Sin embargo, esta industria tiene procesos artesanales sin una
adecuada gestión de los efluentes generados. Estos efluentes
contienen una alta carga de colorantes que se vierte en los cuerpos
de agua locales, afectando al ambiente y la salud de la comunidad
expuesta, haciendo imperativo el tratamiento de los mismos.
Por otro lado, Ecuador es uno de los principales productores y
exportadores de plátano y banano del mundo, con un alto excedente
de producción y grandes volúmenes de desechos de cáscaras de
ambas frutas. Además, es privilegiado por su ubicación geográfica, con
altas dosis de radiación solar casi todo el año.
El presente proyecto propone la producción sustentable de un material
adsorbente y biodegradable, a partir de residuos de cáscaras de
banano y plátano con el uso de energía solar, para la decoloración de
aguas residuales de las textileras de Pelileo, y su posterior uso en la
producción de biol y abono orgánico.
El proceso para producir material adsorbente consistió en secado
al sol de las cáscaras de banano y plátano, seguido de molienda
manual y tamizado. Las pruebas realizadas con muestras de efluente
recolectadas en Pelileo demostraron la factibilidad del uso del material
generado, con remoción del colorante del 70%.
El proyecto se enmarca en las dimensiones de sostenibilidad porque
desde lo ambiental se trata de la producción de un material nuevo
a partir de residuos con el uso de energía limpia y renovable; y, el
material puede reutilizarse en la producción de biol o abono orgánico.
En los ámbitos económico y social, son procesos sencillos, fácilmente
socializables, que cualquiera puede implementar, sea para producir el
material adsorbente o para generar biol o abono orgánico.
Compilación de los mejores proyectos / 65
Objetivo General
Desarrollar un método de producción
sustentable, de un material adsorbente
y biodegradable a partir de residuos
de cáscaras de plátano y banano, para
la decoloración de aguas residuales
provenientes de textileras de la ciudad
de Pelileo, provincia de Tungurahua, y su
posterior uso en la producción de biol y
abono orgánico
Objetivos Específicos
• Obtener un material adsorbente a partir de
residuos de cáscaras de plátano o banano,
empleando energía limpia y renovable.
• Evaluar la factibilidad del uso del material
adsorbente obtenido para decolorar aguas
residuales provenientes de textileras de la
ciudad de Pelileo.
• Reutilizar el material adsorbente empleado
en la decoloración de aguas residuales, para
elaborar biol y abono orgánico.
Alcance
El proyecto busca proporcionar una
alternativa sustentable y de bajo costo para
el tratamiento de las aguas residuales de las
industrias textileras de la ciudad de Pelileo,
provincia de Tungurahua. Adicionalmente, al
tratarse de un material elaborado a partir de
un residuo de fácil adquisición, producción
66 / PREMIO ODEBRECTH 2014
y utilización; que presenta características
adecuadas para el tratamiento de efluentes
de textileras, la aplicación del proyecto
sería también viable para otras industrias
textileras del país.
Además, existen estudios sobre el uso de
cáscaras de plátano para la remoción de
compuestos fenólicos y metales como
cobre, plomo y arsénico, lo cual demuestra
las posibilidades de uso para el tratamiento
de otros efluentes industriales.
Fundamento Teórico
Contaminación de agua por colorantes
Pelileo es uno de los sectores industriales
más importantes de la provincia de
Tungurahua caracterizado por la producción
textil y en especial por la confección de
jeans que se realiza desde varias décadas.
Esta actividad representa alrededor del
37% de la producción nacional de jeans
y crece entre el 2 y 3% anualmente. A
pesar de esto, no toda la industria textil
de Pelileo se encuentra tecnificada; en su
mayor parte corresponde a manufactura
realizada por pequeños productores que
emplean métodos artesanales, por lo cual
no cuentan con sistemas de tratamiento
de aguas residuales adecuados y, en el
peor de los casos, vierten los efluentes
sin tratamiento a los sistemas acuíferos
naturales (Municipio de Pelileo, 2008, p. 10).
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
Los tratamientos de las aguas residuales
de las industrias textiles, generalmente
emplean los métodos fisicoquímicos de
coagulación,
precipitación,
adsorción
por carbón activado, oxidación por
ozono, radiaciones ionizantes y ultra
filtración. Estos métodos son costosos, no
siempre eficientes, tienen una aplicación
limitada, y además generan residuos que
presentan dificultad para su disposición
como desechos (Pishgar, Yazdanshenas,
Ghorbani y Farizadeh, 2013, p. 51-62).
uniforme, sin manchas. Están compuestas
por una mayor proporción de carbohidratos
y sacarosa, por lo que dejan cierta sensación
pastosa en el paladar, a diferencia del plátano
(Colamarino, 2010, p.5).
Los colorantes comerciales más empleados
en la industria textil del sector de Pelileo
son el Azul BRL, Pardo LEGL y Negro 22.
Estos compuestos comúnmente presentan
anillos aromáticos y grupos sulfonados.
Además, se puede mencionar la presencia
de dos grupos azoicos, en el caso de los
colorantes Azul BRL y Pardo LEGL, y cuatro
grupos azoicos en el colorante Negro
22. Estos grupos son potencialmente
cancerígenos.
Plátanos y bananas
Aunque parezcan ser una misma fruta,
plátanos y bananas tienen características
distintas. Por ejemplo, los plátanos tienen un
tamaño más pequeño y su cáscara posee
un característico color verde, al momento
de su comercialización y concentran mayor
humedad que la banana, lo que los hace más
jugosos. Por el contrario, las bananas son más
grandes y su cáscara suele ser de un color
Figura 1. Bananas y plátanos de producción
nacional
Las bananas son la fruta más popular
del mundo, pertenecen a la familia de las
musáceas y son originarias de la región
de Malasia e Indonesia, en el continente
Asiático. El banano no es un árbol, sino
una especie herbaria que crece hasta 15
metros. La planta de banano se encuentra
en variadas condiciones de suelo y clima,
Los 10 mejores proyectos / 67
siendo ideal que los suelos sean aptos en
textura y el clima sea tropical húmedo, con
temperaturas superiores a 18,5 °C para que
no se retarde su crecimiento (Colamarino,
2010, p.2).
El sector bananero ecuatoriano, en el
año 2012, exportó 2.078.239,38 millones
de dólares por concepto de divisas y
5.196.065,09 de toneladas, ubicando
al banano como el primer producto de
exportación del sector privado del país y uno
de los principales contribuyentes al fisco.
La exportación bananera representa el 2%
del PIB general, 26% del PIB agrícola, 8%
Harina de pescado
1,5%
Madera
1,6%
Químicos y fármacos
1,7%
de las exportaciones generales, 27% de las
exportaciones agropecuarias y 20% de las
exportaciones no petroleras.
El 95% de la producción ecuatoriana se
exporta y llega a 43 mercados a nivel
mundial. Las inversiones en el área de
producción alcanzan un estimado de 4.000
millones de dólares entre plantaciones
cultivadas de banano, infraestructura,
empacadoras y puertos, constituyéndose
en una de las más importantes por el monto
y el alcance que tiene en la economía
nacional (Dirección de Inteligencia
Comercial e Inversiones, 2013, p.2).
Jugos y conservas
de frutas
Otras manufacturas
1,5%
textiles
1,1%
Demas grupos
de productos
9,8%
Vehículos
1,7%
Banano y plátano
22,0%
Manufactura de cuero
plástico y caucho
2,0%
Camarón
15,9%
Café y elaborados
2,1%
Atún y pescado
2,5%
Enlatados de pescado
13,2%
Extractos y aceites
vegetales
2,6%
Otras manufacturas
de metal
3,4%
Cacao y elaborados
4,4%
Productos mineros
5,0%
Flores naturales
8,1%
Figura 2. Exportaciones no petroleras – Principales grupos de productos, Participación % Ene – Oct 2013 (Dirección
de Inteligencia Comercial e Inversiones, 2014, p.8)
68 / PREMIO ODEBRECTH 2014
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
La relativa abundancia de las bananas
como excedente de producción, así como
los grandes volúmenes de cáscaras
que son desechados diariamente en
la industria alimenticia, (producción de
bebidas alcohólicas, chifles, harina de
plátano, helados) plantea la interrogante
de qué hacer con estos desechos (Ly,
2004, p.6).
iones de plomo y cobre de agua de ríos,
lográndose eficiencias superiores al 96%.
Además de su uso para adsorber metales
pesados, estas cáscaras también pueden
ser empleadas para la remoción de
compuestos fenólicos y contaminantes
solubles (Castro, Caetano, Ferreira,
Padilha, Saeki, Zara, Martines y Castro,
2011, p.2; Pishgar et al, 2013, p. 51-62).
La cáscara de esta fruta está constituida
principalmente por material lignocelulósico
y posee grupos funcionales en su superficie
que le otorgan propiedades fisicoquímicas,
como la capacidad de adsorber algunos
solutos específicos mediante interacciones
iónicas. Los adsorbentes naturales son
obtenidos de los desechos de la agricultura,
los que pueden ser la mazorca del maíz,
cáscaras de coco, bagazo de la caña de
azúcar y cáscaras de frutas como naranjas
y bananas (Gupta, 2009, p.2313).
Otra característica importante de las
cáscaras de plátano y banano es que
poseen un alto contenido de carbohidratos,
de alrededor del 60% de la materia seca.
Debido a esto, pueden servir como soporte
para el crecimiento de hongos, lo cual
muestra su utilidad como materia prima
para el proceso fermentativo necesario
en la producción de biol (Essien, Akpan y
Essien, 2005, p. 1451).
En Pakistán se han realizado estudios
que demuestran la efectividad de la
cáscara de plátano para la eliminación de
metales pesados, dado que, al ser este
país árido, sus fuentes hídricas son las
aguas subterráneas, pero las mismas se
encuentran contaminadas con arsénico.
Con el uso de cáscaras de plátano se ha
logrado porcentajes de remoción del 97
al 100% (Memon, Bhanger y Memon,
2008, p. 104). También se han hecho
estudios sobre la capacidad de la cáscara
picada de plátano para extraer los
La adsorción es un proceso físico que
implica la transferencia de solutos de
una fase líquida a la superficie de una
matriz sólida (Margaritis, 2007, p.2). Este
fenómeno se produce cuando un fluido
se acumula en la superficie de un material
adsorbente y forma una película molecular
o atómica (el adsorbato). La adsorción es
la propiedad que sustenta aplicaciones
industriales tales como el carbón activado
y las resinas sintéticas. Se ha determinado
que la adsorción es una técnica superior
a otras para la reutilización del agua en
La adsorción
Los 10 mejores proyectos / 69
términos de costo inicial, simplicidad de
diseño, uso de la operación y ausencia de
sustancias tóxicas (Meshko, Markovska,
Minchev y Rodrigues, 2001, p. 3357).
La remoción de color de las aguas residuales
de la industria textil es considerada como
una de las aplicaciones más importantes
del proceso de adsorción (Pishgar et al.,
2013, p. 51-62).
El Biol
El biol es un fertilizante foliar de producción
casera que contiene nutrientes y
hormonas de crecimiento como producto
de la fermentación o descomposición
anaerobia (sin oxígeno) de desechos
de origen orgánico y vegetal. El uso de
fertilizantes foliares como complementos
a la fertilización del suelo, permite
optimizar la productividad de los cultivos
de importancia económica como la papa,
haba, quinua, cereales, raíces, hortalizas,
etc. Los fertilizantes foliares de origen
químico que se comercializan en los
mercados tienen precios altos y no están
al alcance de los pequeños productores. El
biol, como biofertilizante y bioestimulante
foliar de origen orgánico y de producción
casera, se constituye como una alternativa
al alcance de los productores e importante
en la producción con orientación ecológica
de cultivos. No existe una receta única para
elaborar biol, de modo que los ingredientes
pueden variar; sin embargo, entre los más
70 / PREMIO ODEBRECTH 2014
comunes se encuentran: estiércol fresco,
ceniza, leche o suero, panela, follaje de
plantas leguminosas, follaje de plantas
repelentes y agua limpia sin cloro (Mamani,
Chávez y Ortuño, 2012, p.2).
Problemática a abordar
La industria textilera en la zona de Pelileo
se encuentra mayoritariamente en un
nivel de producción artesanal, debido a
lo cual la mayoría de empresas vierten
sus efluentes al medio acuático luego
de un tratamiento tradicional que no
es realizado de manera adecuada o, en
el caso más grave, sin ningún tipo de
tratamiento previo. En la ciudad de Pelileo,
además de las industrias de tinturado,
existen 58 lavanderías textiles, mismas
que también contribuyen con la emisión de
contaminantes (Vicunha Textil, 2010, p. 12).
Estos efluentes presentan una alta carga
de colorantes, los cuales tienen una baja
biodegradabilidad y una alta resistencia
a ataques químicos. Varios colorantes
pueden degradarse naturalmente; sin
embargo, cuando son degradados por
microorganismos
bajo
condiciones
anaeróbicas, se forman aminas aromáticas
potencialmente cancerígenas. Por este
motivo es necesario tratar los efluentes de
estas empresas.
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
SELECCIÓN DEL RESIDUO
Cáscara de banano, variedad plátano de seda
Cáscara de plátano, variedad barraganete
SECADO
Con luz solar
En estufa
Molienda y tamizado
Pedazos
Polvo
Tratamiento del efluente
En filtro
En mezcla
Los 10 mejores proyectos / 71
Metodología, herramientas
y resultados
Para el desarrollo del proyecto, se planteó
una metodología simple que pudiera ser
llevada a cabo en cualquier lugar y sin
inversión en infraestructura.
En primer lugar, se planteó el uso de dos
tipos de residuos para la obtención del
material adsorbente: cáscaras de plátano
verde de variedad barraganete y cáscaras
de banano de variedad plátano seda.
Las cáscaras fueron secadas al sol y en una
estufa para determinar si existía diferencia
entre los resultados de ambos métodos.
Una vez secas, las cáscaras fueron sometidas
a molienda con un molino manual de discos, y
se obtuvieron varios tamaños para observar
si existían diferencias en su desempeño. Las
cáscaras fueron tamizadas para asegurar
uniformidad en el tamaño de partícula.
Se realizaron pruebas con material
adsorbente de banano y plátano sometidos
a diferentes tratamientos con efluente
recolectado en algunas textileras de la
ciudad de Pelileo. Para medir la remoción de
colorante se utilizó un espectrofotómetro,
con cuyos datos se construyó una curva
de calibración empleando el estándar
Azul BRL. Para este fin, primero se hizo un
barrido entre 400 y 700 nm, encontrándose
que para el colorante Azul BRL la longitud
72 / PREMIO ODEBRECTH 2014
de onda óptima es 565 nm. Todas las
mediciones se realizaron a esta longitud
de onda. Los resultados de las pruebas se
presentan en la Tabla 1.
Tabla 1.
Porcentaje de remoción de color con
diferentes procesos en plátano y banana
N°
Muestra
1 Plátano en trozos
2
Plátano en polvo
3 Plátano post lavado
4 Plátano post lavado
5
Bananas al sol
6 Bananas a la estufa
ppm Remoción
39,51
24%
62,82
0%
55,58
0%
45,92
12%
32,92
37%
30,31
42%
De esta manera se determinó que las
cáscaras de banano generaban una mayor
remoción de la carga de colorante que las
cáscaras de plátano; y que el tratamiento
más adecuado para la cáscara era el secado
en la estufa. Sin embargo, se observó un
valor de remoción muy cercano con las
cáscaras de banano secadas al sol. Por este
motivo, se decidió usar cáscaras de banano
secadas al sol, dado que usa energía limpia y
renovable, y su producción por este método
no tiene costo.
Para determinar la cantidad de material
adsorbente más adecuada a emplearse
en el efluente se realizaron varias pruebas
con diferentes cantidades, como se puede
observar en la Figura 3 y la Tabla 2.
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
80,00%
70,00%
60,00%
% remoción
50,00%
40,00%
30,00%
20,00%
10,00%
0,00%
0
2
4
6
8
g del banano / 100 ml efluente
10
12
Figura 3. Remoción a diferentes concentraciones
En la Figura 4 se pueden observar los
resultados de la decoloración del efluente
contaminado con colorante, tratados con
diferentes concentraciones de material
absorbente de cáscara de banano, en el
siguiente orden: efluente inicial; 1; 2,5; 5; 10;
20 y 30 g por cada 100 mL de efluente.
La coloración amarillenta que adquiere el
efluente después de su tratamiento con el
material adsorbente se debe a la liberación
de azúcares solubles en el mismo. Esto se
confirma con el incremento de los grados
Brix presentados en la Figura 5. Por este
motivo, la cantidad de material adsorbente
más adecuada a emplearse es de 2,5 g de
cáscara de banano secado al sol en polvo
por cada 100 mL de efluente.
Como se puede ver en la Figura 6, se
produjo crecimiento de hongos en el
material absorbente luego de usarlo en
el tratamiento. Esto confirma que posee
nutrientes y por tanto puede ser empleado
para la preparación de biol o abono orgánico.
Figura 4. Resultados de la decoloración del efluente luego del tratamiento con varias cantidades de material
adsorbente de cáscara de banana
Tabla 2.
Porcentaje de remoción de color a diferentes
cantidades de material absorbente
0
1,0098
2,5041
5,0089
10,0073
55,92
17,64
16,52
22,31
40,25
% Remoción °Brix
0%
68%
70%
60%
28%
1
1,6
2
3,2
5
14
12
10
Brix
Masa banana [g] ppm
16
8
6
4
2
0
0
10
15
20
25
30
35
g de banano / 100 ml efluente
Figura 5. Grados Brix del efluente tratado
Los 10 mejores proyectos / 73
B
A
Figura 6. Material absorbente filtrado luego del tratamiento a) pedazos b) en polvo
Soluciones propuestas
El proyecto propone la producción
sustentable de un material adsorbente a
partir de cáscaras de banano y plátano para
decolorar aguas residuales de textileras.
Para ello, se ha planteado lo siguiente:
• Reutilizar un residuo de la industria
alimenticia.- Los altos excedentes de
producción de plátano y banano, así como los
grandes volúmenes de cáscaras que son un
desecho, constituyen una oportunidad para
su uso en otras aplicaciones. Estos desechos,
debido a sus características, pueden ser
revalorizados y reutilizados en la producción
del material adsorbente planteado.
• Emplear energía solar, limpia y renovable.Ecuador es un país privilegiado por su
posición, lo cual permite que a lo largo
74 / PREMIO ODEBRECTH 2014
de todo el año se cuente con altas dosis
de radiación solar. Por ello, se debe
aprovechar esta condición para diseñar
procesos que utilicen energía limpia y
renovable; entre ellos, el secado natural
que puede ser utilizado para la producción
del material adsorbente.
• Reducir el impacto ambiental de los
residuos generados.- Las cáscaras de
plátano y banano constituyen un material
ideal para la fermentación, lo cual permite
que después de ser empleados en la
decoloración de aguas puedan ser usados
en la producción de biol y abono orgánico.
• Producción agroecológica amigable con el
ambiente y los pequeños productores.- El
biol y el abono orgánico son biofertilizantes
y bioestimulantes foliares orgánicos y
de bajo costo, por lo que pueden estar al
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
alcance de pequeños productores y son
una alternativa para producción de cultivos
agroecológicos. Además, no representan
un riesgo para las personas que los
manipulan debido a su origen natural, y no
se requiere equipo de seguridad para su
aplicación.
material adsorbente, que permite una alta
remoción de colorantes, es una alternativa
para que las aguas residuales puedan ser
reutilizadas en lugar de ser liberadas en los
cuerpos de agua. Además, disminuiría el
uso de recursos hídricos provenientes de
fuentes naturales.
• Simplicidad del proceso.- La producción
propuesta de un material adsorbente no
implica el uso de tecnologías complicadas o
de productos químicos, lo cual hace que sea
fácil de socializar y difundir.
• Mejorar las condiciones de vida de
las personas expuestas a fuentes de
agua contaminada.- Al reducir la carga
contaminante de los colorantes en los
efluentes liberados al medio acuático, no
sólo se reduce el impacto ambiental, sino
que se evita que las personas expuestas
a estos contaminantes sean afectadas
directamente por ellos o por los desechos
producidos por su descomposición.
• Inclusión social y alternativas de ingreso.La sencillez del proceso hace que cualquier
persona pueda desarrollar el proyecto, ya
sea para producir el material adsorbente o
para generar biol o abono orgánico a partir
de éste, una vez que ha sido utilizado.
• Reducir la contaminación en cuerpos
de agua en los alrededores de las
industrias textileras.- Al reducir la carga
de colorantes en los efluentes de las
industrias textileras, mediante el uso
de un material adsorbente con base en
cáscaras de plátano y banano, se asegura
una descarga final que llegue menos
contaminada a los cuerpos de agua.
• Promover la reutilización de residuos
orgánicos y biodegradables.- Es importante
considerar que desechar residuos es perder
dinero, por eso el proyecto propuesto es
apenas una aproximación a la infinidad
de usos que podría darse a los residuos
orgánicos, que constituyen residuos
biodegradables y de alta capacidad de
revalorización.
El método de producción de material
adsorbente propuesto es el siguiente:
• Reutilización del efluente tratado.- Uno
de los principales motivos por los que las
aguas residuales de las textileras no son
reutilizadas es la dificultad que se tiene
para remover colorantes. El uso de un
Los 10 mejores proyectos / 75
Cáscaras de
bananas y
plátanos
Secado
Cáscaras de bananas y plátanos secos
Molienda
Material adsorbente
grueso
Tamizado
Material adsorbente en polvo
Efluente
contaminado con
colorante
Tratamiento
Efluente tratado
Material adsorbente con colorante y
efluente tratado
Filtración
Estiércol fresco
follaje de plantas
agua
leche
panela
ceniza
Figura 7. Diagrama de flujo del proceso
76 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Efluente tratado
Material adsorbente con colorante
Fermentación
Biol y abono
orgánico
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
Viabilidad
prácticamente nula.
El proyecto resulta viable porque la
materia prima es de fácil adquisición y el
material desarrollado de fácil producción
y utilización. Se trata de un material
biodegradable que permitirá reducir la
contaminación producida por los colorantes
presentes en los efluentes de las textileras,
contribuyendo a disminuir los impactos
ambientales causados por dichos efluentes.
En el ámbito social, la simplicidad del
proceso productivo posibilita que pueda
ser socializado y se trata de un material
que permitirá mejorar las condiciones
de vida de las comunidades aledañas a
las industrias textiles y a los sectores
expuestos a estos efluentes.
Además, el proyecto se enmarca en la
producción de un material nuevo a partir de
la reutilización de residuos de la industria
alimenticia, reduciendo el uso de insumos
como en la tradicional producción de
carbón activado. Por otro lado, luego del
tratamiento, el material mencionado puede
ser utilizado en la producción de biol y de
abono orgánico.
Se desarrolló un método de producción
sustentable de un material adsorbente
y biodegradable, a partir de residuos de
cáscaras de plátano y banano, empleando
luz solar.
El proceso de producción utiliza tecnologías
limpias y renovables porque sólo emplea
energía solar para el secado de las cáscaras
y un proceso de molienda y tamizado
manual. Al no requerir un proceso de
activación como el caso del carbón
activado, la obtención del material no
ocupa tecnologías contaminantes como la
producción de vapor de agua en calderos o
el uso de químicos.
En cuanto al aspecto económico, se
trata de un material de bajo costo, y la
inversión requerida para su producción es
Conclusiones
Se evaluó la factibilidad de uso del material
adsorbente obtenido para decolorar aguas
residuales provenientes de textileras
de la ciudad de Pelileo. La cantidad más
adecuada para realizar el tratamiento es de
2,5 g de cáscara de banano secado al sol en
polvo por cada 100 mL de efluente, con lo
cual se alcanzó una remoción del 70% del
colorante.
Se demostró la factibilidad de reutilizar
el material adsorbente empleado en la
decoloración de aguas residuales, para
elaborar biol y abono orgánico, debido a
que se produjo crecimiento de hongos en
el material luego de ser usado.
Los 10 mejores proyectos / 77
Consideraciones finales
Se trata de procesos sencillos que cualquier
persona puede implementar. No se requiere
de complejos procesos de capacitación que
alejen a los productores de su actividad
central y se estima que este proyecto
pueda contribuir con el cumplimiento de las
normativas ambientales vigentes en el país
y en el Gobierno Autónomo Descentralizado
Municipal de Pelileo.
78 / PREMIO ODEBRECTH 2014
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
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Los 10 mejores proyectos / 79
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80 / PREMIO ODEBRECTH 2014
DESARROLLO SUSTENTABLE DE
UN MATERIAL ADSORBENTE Y
BIODEGRADABLE, A PARTIR DE
CÁSCARAS DE PLÁTANO Y BANANO
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Los 10 mejores proyectos / 81
SISTEMA DE RECOLECCIÓN DE AGUA
POR MEDIO DE LA TÉCNICA DE
ATRAPANIEBLAS EN LAS
COMUNIDADES CAMPESINAS DE GALTE
CANTÓN GUAMOTE, PROVINCIA DE
CHIMBORAZO, ECUADOR.
AUTORES
ORIENTADOR
Alexander Marcelo Hidalgo Hidalgo
Deysi Liliana Hidalgo Quinga
María Teresa Vivero Balarezo
Ing. David Vinicio Carrera Villacrés, PhD
Universidad de las Fuerzas Armadas - ESPE
L
as comunidades campesinas de Galte presentan un problema
de escasez de agua para el sostenimiento de sus cultivos debido
a una baja precipitación anual (352 - 777 mm). Sin embargo, es
una zona donde existe gran presencia de neblina debido a su condición
geográfica ubicada a 3571 m.s.n.m. Este recurso hidrológico puede
ser aprovechado para satisfacer las necesidades de las comunidades
campesinas sin ocasionar daños significativos al medio ambiente. Para
solucionar el problema de falta de agua existen varias actividades de
recolección y captación de la misma, pero cabe recalcar que estas son
de difícil acceso y tienen altos costos de instalación y mantenimiento. La
estructura adecuada que se ha implementado para la captación de agua
niebla se denomina “Atrapanieblas”, que consiste en mallas plásticas
colocadas hacia el viento en las que chocan la niebla para que al pasar
por estos las gotas queden atrapadas y se escurran hacia canaletas
donde se acumula el agua para su posterior almacenamiento. Esta
tecnología no tradicional ha sido utilizada en varias partes del mundo
para el desarrollo de actividades productivas con gran éxito como el
caso de los desiertos costeros en Perú y en lugares como Chungungo
en Chile. El objetivo de este proyecto consiste en emplear la técnica
de Atrapanieblas para la recolección de agua en las comunidades
campesinas en Galte: Galte Jatun Loma y Cooperativa Agrícola Galte
Laime. Para esto se propone la implementación de prototipos y
ensayos de atrapanieblas en dichos lugares, ya que con los resultados
obtenidos se puede estimar y determinar el número de atrapanieblas y
la ubicación apropiada de los mismos, para completar todo un sistema
de captación de agua. Se destaca que la única desventaja de estos
sistemas es su sensibilidad a cambios o alteraciones de las condiciones
climáticas que de una u otra manera podrían afectar el contenido de
agua y la frecuencia de niebla.
Compilación de los mejores proyectos / 83
Objetivo General
MAPA DE UBICACIÓN DE LAS COMUNIDADES
DE GALTE, CANTÓN GUAMOTE, PROVINCIA DE
Emplear la técnica de atrapanieblas para la
recolección de agua en las comunidades
campesinas de Galte, Cantón Guamote,
Provincia de Chimborazo, Ecuador.
CHIMBORAZO
Objetivos Específicos
• Solucionar el problema de falta de agua
para riego de cultivos en las comunidades
campesinas de Galte, por medio de la
técnica de atrapanieblas.
• Implementar prototipos de atrapanieblas
en las comunidades campesinas de Galte
para determinar el lugar y número ideal
de atrapanieblas para formar un sistema
adecuado de colección de agua de niebla.
• Recolectar datos sobre el número de
precipitaciones que se da en Galte, para
determinar qué temporada es en la que
más escasea el agua y planificar una mejor
distribución del agua en épocas de sequía.
Alcance
El presente proyecto se aplicará en las
comunidades campesinas de Galte, (Galte
Jatun Loma y Cooperativa Agrícola Galte
Laime) ubicadas en la Parroquia Palmira,
Cantón Guamote, Provincia de Chimborazo
como se observa en la Ilustración 1.
84 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Figura 1. Mapa de ubicación de las comunidades
campesinas de Galte
La temperatura promedio del lugar es
de 8,36 °C, cuenta con una precipitación
anual que varía entre 352 - 777 mm y se
ubica a una altura de aproximadamente
3571 m.s.n.m. Las dos comunidades de
Galte cuentan con una población de 1198
habitantes según el Plan de Ordenamiento
de Territorial - Palmira (2011).
El sector de Galte cuenta con tierras que
sirven para cultivos y pastoreo, páramos,
tierras con plantaciones de pino, eucalipto
y terrenos con pendientes moderadas. Los
habitantes del lugar donde se asientan
las comunidades campesinas de Galte
se dedican a la siembra de: papas, ocas,
mellocos, mashuas, cebada, chocho y
centeno. En estas comunidades predomina
el ganado ovino, bovino, equinos, cerdos,
camélidos, cuyes, conejos y gallinas
(Tiupul, 2014).
SISTEMA DE RECOLECCIÓN
DE AGUA POR MEDIO DE LA
TÉCNICA DE ATRAPANIEBLAS
EN LAS COMUNIDADES
CAMPESINAS DE GALTE
Fundamento Teórico
Actividades de recolección y captación
de Agua
La niebla
La niebla es una nube al ras del suelo, la
misma que se compone de pequeñas gotas
de agua, menores a 40 micrones, que no
tienen el peso suficiente para caer, y quedan
suspendidas en el aire para posteriormente
ser desplazadas por el viento. En países
como Chile, la niebla ha sido ampliamente
estudiada (Cereceda, 2000).
En el mundo las neblinas se estudian como
agente de riesgo de contaminación: neblinas
ácidas y smog. También se estudian como
causa de accidentes de transportes, tanto
aéreo, terrestre o marítimo; por esta
razón en los estudios de localización de
terminales de aviones o carreteras, o en
el emplazamiento de puertos marítimos,
lacustres y fluviales, la presencia de nieblas
también es considerada en forma especial
(Cereceda, 1989).
En diferentes partes del mundo, la niebla
es considerada un recurso de agua para
la población y para algunas actividades
productivas. Es así, como ya se ha
comenzado a utilizar el agua proveniente
de la niebla para abastecer a diferentes
comunidades que carecen de la misma para
satisfacer sus necesidades de consumo
en hogares, cultivo de vegetales y flores e
incluso para algunas labores agrícolas.
Para obtener agua se puede emplear
diversos tipos de captaciones y
recolecciones. Sánchez (2011) hace
referencia a las siguientes:
• Pozos excavados.- un tipo de excavación
antigua y elemental en donde se explotan
acuíferos superficiales, de modo que
se forma un pozo y el agua entra por
las paredes y orificios que se dejan. Las
excavaciones se realizan con la ayuda de
máquinas, y en rocas duras con explosivos.
• Drenes.- son tubos de pequeño diámetro
perforados con una máquina normalmente
hasta unas decenas de metros. Se los utiliza
más para estabilidad de laderas que para la
utilización del agua.
• Zanjas de drenaje.- se utilizan en acuíferos
superficiales para drenar los primeros
metros. Se excavan una o varias zanjas, que
siguiendo la pendiente topográfica, vierten
a un pozo colector desde el que se bombea.
Se los suele utilizar para explotación de agua
subterránea y para el drenaje necesario
para estabilización de obras.
Según Pérez (2011), entre las captaciones
de aguas superficiales están:
• Captación de agua lluvia.- cisternas cuyo
objetivo es la recolección de agua de lluvia
Los 10 mejores proyectos / 85
en zonas donde existe irregularidad en las
lluvias. El problema radica en que estas
aguas arrastran impurezas de la superficie,
por lo que requiere la instalación de un
filtro en la propia cisterna y una limpieza
periódica de la misma. Para la recolección
del agua lluvia se requiere de una serie de
elementos de canalización que guían el
agua hacia la cisterna.
• Captación de agua de ríos y arroyos.previo estudio hidrológico que justifique los
caudales utilizables en el río o el arroyo, se
realiza la captación por medio de obras que
toman el encauce de las corrientes de agua.
• Lagos o embalses.- se realiza mediante
el establecimiento de torres de toma
o mediante tuberías a más o menos
profundidad, unidas directamente a la
impulsión.
Cereceda (2000) hace referencia al sistema
de colección de niebla como un sistema
simple, el cual se basa en un conjunto de
atrapa nieblas constituido por una malla que
atrapa la niebla, una cañería o sistema de
conducción de agua colectada, la misma que
es llevada a tanques de almacenamiento
para una posterior distribución.
Según Soto (1992), la calidad de agua de
niebla es mejor que el de las fuentes de
agua que se utilizan para la agricultura y el
uso doméstico.
86 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Caso Perú
En Perú los desiertos costeros cada
año se vuelven verdaderos oasis de
vegetación llamados lomas. Brotan entre
julio y noviembre gracias a la humedad
que capturan de la niebla. La capacidad de
las lomas para capturar niebla y convertirla
en agua que puede ser usada por plantas,
animales y personas es la clave de la
supervivencia de la biodiversidad y las
poblaciones humanas que habitan en este
árido ambiente. En Atiquipa, el avance
de esta niebla es detenido por una serie
de cerros cubiertos de vegetación que
“capturan” la niebla para obtener humedad
para su supervivencia, formando frondosos
oasis verdes en medio de uno de los
desiertos más secos del mundo. Hoy en día,
la gente usa mallas ubicadas en las cimas de
los cerros que capturan la niebla y permiten
canalizar la condensación hacia tubos que
la conducen a contenedores situados bajo
el suelo. A veces el agua es usada para
regar pequeños cultivos, mientras que en
otras ocasiones se utiliza para consumo
humano. (Torres, 2014).
Caso Chile
Desde Chungungo, una localidad de 350
habitantes del norte de Chile, se difundirá a
todo el mundo un sistema que “atrapa” las
nieblas atmosféricas para dotar de agua a
áreas desérticas.
SISTEMA DE RECOLECCIÓN
DE AGUA POR MEDIO DE LA
TÉCNICA DE ATRAPANIEBLAS
EN LAS COMUNIDADES
CAMPESINAS DE GALTE
A través de un proyecto impulsado por
la Organización de Naciones Unidas para
la Agricultura y la Alimentación (FAO) se
pondrá en funcionamiento en Chungungo el
primer centro internacional de capacitación
en captación de agua por camanchaca.
La camanchaca es la denominación
indígena de un espeso vapor de agua
que circula desde la costa hacia el interior
durante la noche y madrugada a lo largo de
todo el norte de Chile, Perú, Ecuador, y otros
45 países de Asia, África y Oceanía.
El sistema de Atrapaniebla consiste en el
tendido de una doble red de 2 metros de
largo por dos metros de ancho puesta en
un cerro entre los 700 y los mil metros de
altura. Su capacidad de captación es de
cuatro litros de agua de alta pureza por
metro cuadrado al día, sin existir límite
en la cantidad de redes atrapanieblas,
ya que la neblina camanchaca tiene una
dimensión de unos 300 metros de ancho
(Zenteno, 1994).
Problemática a abordar
Chimborazo tiene una tasa de pobreza por
encima del 70%. De su población de 452.000,
el 48% vive en zonas rurales. Se estima que
el 65% de la población es indígena.
La
Provincia
es
eminentemente
agropecuaria. Sus principales cultivos
son: papa, cebolla, zanahoria, lechuga,
remolacha, cebada, maíz y leguminosas de
grano. La provincia tiene una importante
producción
pecuaria,
principalmente
de ganado ovino, porcino y vacuno,
contribuyendo con el 38%, 9% y 5% de la
producción nacional respectivamente. Sin
embargo los niveles de rendimiento por
cultivos son los más bajos en promedio en
el país por la falta de agua.
Más del 85% del área regada en la Provincia
es por superficie de baja tecnificación,
de similar proporción al resto del país. El
déficit hídrico, especialmente durante
épocas de verano, así como las altas
pérdidas de agua en los sistemas de riego,
desde su captación hasta la distribución en
parcela, han generado que la mayoría de
sistemas tradicionales de riego operen con
eficiencias muy bajas.
Debido a la escases de agua en las
comunidades campesinas de Galte, Cantón
Guamote, Provincia de Chimborazo,
Ecuador, y rigiéndose al Plan Nacional
del Buen Vivir en el cual uno de sus
objetivos es mejorar la calidad de vida de
la población, una de las opciones es captar
agua por medio de atrapanieblas, siendo
una opción que no lleva mucho tiempo en
su elaboración, es de bajo presupuesto
y de larga duración. Esto será de gran
ayuda para mejorar la producción agrícola
de esta zona, que como se mencionó
anteriormente, es la principal fuente de
ingreso de las comunidades.
Los 10 mejores proyectos / 87
Metodología y Herramientas
• Postes de madera
Atrapaniebla
• Canaletas de agua
“Los atrapanieblas son tecnologías no
tradicionales que tienen por objetivo atrapar
gotas de agua microscópicas (< 40 micrones)
presentes en la neblina. Estas gotas al no
tener peso suficiente para caer, quedan
suspendidas en el aire y son desplazadas
por el viento” (Cereceda, 2000). El diseño
de los atrapanieblas se basa principalmente
en mallas plásticas colocadas hacia el viento
en las que choca la niebla para que al pasar
por estos, las gotas queden atrapadas en la
malla y se escurran hacia canaletas, donde
se acumulan para su almacenamiento.
Procedimiento:
Según Cereceda (2000), para dimensionar
el número de atrapanieblas que un sistema
debe tener para abastecer una población,
es necesario conocer cuánta agua es
potencialmente colectable en la zona
requerida. Para ello se hacen estudios o
prospecciones para determinar su potencial
de colección de agua y su distribución en el
espacio y en el tiempo.
Materiales:
• Estanques de Almacenamiento de Agua
88 / PREMIO ODEBRECTH 2014
• Enterrar los postes dentro del suelo.
• Colocar un marco de 1 m x 1 m elevado a 2
m sobre el nivel del suelo que sostiene una
capa doble de red de malla de polipropileno.
• Como el agua se acumula en la red (las
gotitas se unen para formar gotas más
grandes que caen bajo la influencia de la
gravedad) se debe colocar una canaleta en
la parte inferior del panel o marco, desde la
cual se transporta el agua a un tanque de
almacenamiento o cisterna.
• El tipo más común de atrapaniebla se
muestra en la Ilustración 2.
12 metros
4 metros
• Red de Malla de Polipropileno de 1 m x 1 m
hecha de filamentos planos, negro de
polipropileno, 1,0 mm de ancho y 0,1 mm
de espesor, en un tejido triangular.
El diseño y procedimiento de implementación
del atrapanieblas se basa en el utilizado en
Chile (Cereceda 2000), pero debe modificarse
para las condiciones climáticas locales.
Figura 2. Sección de un plano típico, rectangular de
atrapaniebla (Soto, 1992)
SISTEMA DE RECOLECCIÓN
DE AGUA POR MEDIO DE LA
TÉCNICA DE ATRAPANIEBLAS
EN LAS COMUNIDADES
CAMPESINAS DE GALTE
Soluciones propuestas
Debido a la escasez de agua que presentan
las comunidades campesinas de Galte
para el riego de sus cultivos, se propone
la implementación de “atrapanieblas”,
una tecnología no tradicional y sostenible
debido a que es una estructura de bajos
costos de instalación y mantenimiento.
Además, promueve a que las personas
de las comunidades se integren para
solucionar este problema y puedan mejorar
su calidad de vida, y cabe recalcar que es
una técnica que no altera el desarrollo de
la vida en los ecosistemas. También es
necesario acotar que la calidad del agua
recogida por los atrapanieblas es mejor
que la de las fuentes de agua existentes
que se utilizan para la agricultura y uso
doméstico.
Viabilidad
Ambiental
El sistema de recolección de agua mediante
atrapanieblas es sin duda amigable con el
medio ambiente ya que según Cereceda
(2000) estos no alcanzan a interceptar el 1%
del total del agua desplazada por el viento,
de manera que difícilmente podría alterar
los ecosistemas. Además, los impactos
sobre el paisaje, la flora y la fauna de la
región son mínimos durante la construcción
e instalación del atrapanieblas.
Social
En el aspecto social, los sistemas de
colección de agua de niebla tienen el
potencial para que comunidades en
ambientes inhóspitos puedan mejorar su
calidad de vida. Inclusive, la participación
comunitaria es de vital importancia para
los procesos de desarrollo, operación y
mantenimiento de los atrapanieblas.
Económico
En cuanto a la aplicación de este método,
se debe resaltar que los sistemas de
atrapanieblas han ido ganando viabilidad
debido a la progresiva reducción de costos
en lo que se refiere a la construcción, diseño
y materiales utilizados. Otra ventaja de
este sistema es la rapidez y facilidad con
la que se los puede construir y ensamblar.
Su mantenimiento y reparación son
generalmente mínimos. El sistema es
amigable con el medio ambiente ya que se
considera “agua nueva”, es decir, el agua
que se extrae de la niebla no viene de otro
río, acuífero, etc.; no se está restando a
otro uso, sino que de no utilizarse, ésta
se evaporará al cambiar las condiciones
atmosféricas (Cereceda, 2000).
A continuación se presenta en la Tabla 1 el
presupuesto asignado para cada actividad
a realizar:
Los 10 mejores proyectos / 89
Tabla 1.
Presupuesto destinado para el proyecto
Actividades
Cantidad
V. Unitario
V. Total
Tanque cilíndrico negro
(cap. 2000 litros)
2 tanques
320,00
640,00
Canaleta (long. 4 metros)
5 canaletas
16,00
80,00
Postes de Eucalipto
10 postes
10,00
100,00
Malla recolectora de agua
Raschel (100 metros)
1
80,00
80,00
Mano de Obra (hora)
4 horas,
4 personas
10,00
200,00
Materiales de Oficina
1
20,00
20,00
Transporte (camioneta)
10 días
50,00
500,00
Hotel (1 persona por día)
10 días,
4 personas
15,00
600,00
Alimentación
(1 persona por días, 3 comidas)
10 días,
4 personas
15,00
600,00
Viáticos
Total
Conclusiones
• El sistema de atrapanieblas es una
técnica que permite la captación de agua
de buena calidad, lo realiza sin causar
daño al medio ambiente y no requiere de
altos costos de instalación.
• La implementación de prototipos y
ensayos de atrapanieblas en el lugar tiene
90 / PREMIO ODEBRECTH 2014
2820,00
gran importancia, ya que con los resultados
obtenidos se puede estimar y determinar
el número de atrapanieblas y la ubicación
apropiada de los mismos, para completar
todo un sistema de captación de agua.
• Esta tecnología es muy sensible a
cambios o alteraciones de las condiciones
climáticas que de una u otra manera
podrían afectar el contenido de agua y la
SISTEMA DE RECOLECCIÓN
DE AGUA POR MEDIO DE LA
TÉCNICA DE ATRAPANIEBLAS
EN LAS COMUNIDADES
CAMPESINAS DE GALTE
frecuencia de niebla.
• La instalación del atrapanieblas no
requiere de muchos cuidados, ni gastos. El
mantenimiento de las mismas no necesita
de mucho esfuerzo, ya que si la malla
llegar a averiarse por vientos muy fuertes
que ocurra en el lugar, esta sería parchada
fácilmente con un trozo de malla de la
misma calidad y seguiría siendo utilizada
sin ningún problema.
• El atrapanieblas recolecta agua
especialmente para uso de riego, sin
embargo si la comunidad desea, para
un posterior uso de consumo humano
se requiere de un nuevo estudio para
verificar la calidad del agua obtenida y el
costo que significaría tratarla, si es que
dicha agua lo requiere.
Consideraciones finales
Debido a la falta de información sobre
distribución de nieblas y viento presentes
en las comunidades de Galte, es necesario
crear prototipos y ensayos en varios
puntos. Éstos facilitarán el cálculo de la
cantidad de agua que se podrá colectar con
la ayuda de este sistema de atrapanieblas
y darán una primera aproximación de la
adecuada ubicación de los mismos con
respecto al viento.
Los 10 mejores proyectos / 91
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92 / PREMIO ODEBRECTH 2014
SISTEMA DE RECOLECCIÓN
DE AGUA POR MEDIO DE LA
TÉCNICA DE ATRAPANIEBLAS
EN LAS COMUNIDADES
CAMPESINAS DE GALTE
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Los 10 mejores proyectos / 93
RECICLAJE DE RESIDUOS DE
CUERO PARA LA
DESCONTAMINACIÓN DE AGUAS
INDUSTRIALES
AUTORA
ORIENTADOR
Valeria Estefanía Viteri Tapia
Ing. Francisco Javier Quiroz Chávez
Escuela Politécnica Nacional
L
as industrias en el país han incrementado, por lo cual ha surgido
la necesidad de disminuir la contaminación que estas generan,
siendo los efluentes líquidos con concentraciones altas de metales
pesados los más preocupantes, pues adquieren toxicidad, afectando
al ambiente y al ser humano. Además, se considera la gran cantidad
de desechos sólidos generados durante el proceso de curtiembre,
que son destinados a rellenos sanitarios. Es así que se plantea una
alternativa para el tratamiento de efluentes industriales contaminados
con metales pesados, mediante el uso de virutas de cuero recubiertas
con quitosano, que tiene facilidad de formar complejos estables con
especies metálicas. Por lo cual se prepararon soluciones de quitosano
con ácido acético para recubrir a las virutas y se las puso en contacto
con una solución de sulfato de cobre, determinándose mediante
espectrofotometría UV-visible que la concentración de esta disminuye,
demostrando la factibilidad del tratamiento. Para mejorar la resistencia
de este material se plantea la incorporación de las virutas de cuero en
una matriz polimérica que se recubrirá con quitosano.
Este proyecto busca beneficiar a las poblaciones cercanas a las
zonas industriales disminuyendo la contaminación de fuentes de
agua al presentar una alternativa de tratamiento de efluentes a las
pequeñas y medianas industrias que no cuentan con capital para
invertir en sistemas sofisticados, promoviendo así la importancia de la
conservación ambiental.
Compilación de los mejores proyectos / 95
Objetivo General
Disminuir la contaminación causada por
metales pesados presentes en aguas
industriales, utilizando residuos de cuero
cubiertos con quitosano, con el fin de minimizar
el impacto ambiental generado sobre las zonas
ubicadas en sectores industriales.
Objetivos Específicos
• Desarrollar un material ambientalmente
amigable a partir de residuos de la industria
de la curtición de cueros que permita
atrapar metales pesados de efluentes
industriales contaminados.
• Disminuir la cantidad de residuos sólidos
provenientes del proceso de la curtiembre,
evitando que gran parte de estos sean
destinados a los rellenos sanitarios.
• Aportar al desarrollo sostenible de la
industria mediante un método alternativo
para el tratamiento de efluentes industriales
contaminados con metales pesados.
• Instaurar un sistema de manejo
responsable de los residuos industriales
con el fin de minimizar el impacto ambiental
negativo que causan cuando no son
tratados adecuadamente.
• Contribuir con una solución al problema
ambiental
causado
por
efluentes
contaminados que enfrentan las poblaciones
96 / PREMIO ODEBRECTH 2014
cercanas a zonas industriales proponiendo
una alternativa viable económicamente.
Alcance
La generación de las políticas públicas
impulsadas por el actual gobierno, que
buscan el cambio de las matrices productiva
y energética, ha determinado un incremento
en el crecimiento industrial en diversos
campos. No obstante, este desarrollo
trae consigo impactos ambientales que
pueden ser altamente negativos debido
a los efluentes que generan como parte
de su proceso productivo. Industrias
como las metalúrgicas, siderúrgicas,
textiles, galvanoplastia, entre otras, que se
encuentran distribuidas en las diferentes
zonas de división territorial, según se
muestra en la Figura 1, las cuales son
generadoras de efluentes líquidos con una
alta carga contaminante.
Dado que en los últimos años ha cobrado
mayor relevancia la temática ambiental,
se hace necesaria la implementación de
sistemas de tratamiento de efluentes;
sin embargo, las pequeñas industrias
no tienen la posibilidad de invertir en
este tipo de proyectos, por lo cual con
este estudio se pretende evaluar una
alternativa que sea aplicable y su costo
sea menor comparado con las tecnologías
que actualmente se usan.
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
Proyectos petroquímicos
Planta de Úrea - metanol
Planta de ácido sulfúrico
Planta de etanol
Planta de aceite agrícola
Planta de negro de humo
Proyectos siderúrgicos
Complejo ciderúrgico
Planta de rutilo
Proyectos metalúrgicos
Complejo metalúrgico de cobre
Figura 1. Distribución zonal de los principales proyectos
industriales del Ecuador (1)
Por otra parte, el proyecto aspira impulsar
el reciclaje de residuos sólidos generados
en el proceso de rebajado y lijado que
se realizan en las curtiembres y que
actualmente son destinados a los rellenos
sanitarios. Se busca aportar con una
alternativa al tratamiento de efluentes
contaminados generados por varias
industrias, inclusive la de la curtición,
beneficiando a la población y brindando
una solución parcial a la contaminación
causada por estos desechos. Por lo cual
se tiene un impacto directo sobre la
industria de la curtición de pieles que se
ha venido desarrollando en nuestro país,
especialmente en la zona centro, siendo
Proyectos química industrial
Proyecto Caliza
Planta Pulpa, Papel y Cartón
Planta de Biopolímeros
la provincia de Tungurahua un referente
de esta actividad por mucho tiempo,
principalmente la ciudad de Ambato que
es donde se concentra la mayoría de
empresas dedicadas a esta actividad.
Fundamento Teórico
Contaminación con metales pesados
Metales como el plomo, mercurio, cadmio,
arsénico, cobalto, níquel, cobre, entre otros,
corresponden a los denominados metales
pesados, los cuales tienen un efecto adverso
sobre el ambiente y la salud humana (2).
Estos elementos tienen una densidad
Los 10 mejores proyectos / 97
superior, se presentan en diferente estado
de oxidación y de reactividad, carga iónica
y solubilidad en agua, por lo cual en muchos
casos se consideran tóxicos (3). Si bien se
encuentran en forma natural, se pueden
convertir en contaminantes si su distribución
en el ambiente se altera mediante
actividades humanas (2). En general esto
puede ocurrir durante la extracción minera,
el refinamiento de productos químicos o
por la liberación al ambiente de efluentes
industriales, emisiones vehiculares y la
disposición de residuos metálicos de forma
inadecuada, ocasionando la contaminación
de suelo y agua (3).
de bovino, porcino y ovino, constituyéndose
en la principal materia prima de la industria
curtidora, que como consecuencia directa
de su proceso productivo, genera un
conjunto de residuos líquidos y sólidos (7).
Esta industria se caracteriza por el uso
de grandes volúmenes de agua que
posteriormente es descargada con
contaminantes, como proteínas solubles
de las pieles y residuos químicos de los
productos utilizados durante el proceso
de curtido, causando un impacto negativo
en el medio ambiente si son depositadas
directamente en el cauce de los ríos u otras
fuentes hídricas (7).
Residuos de curtiembre
Se denomina curtido al proceso mediante
el cual se transforma la piel de un animal
en cuero, el cual es un material que se
conserva a través del tiempo, manteniendo
características de resistencia, flexibilidad,
suavidad y belleza (4).
Las etapas que se tienen durante el proceso
de curtición desde la recepción de materia
prima incluyen una serie de tratamientos
químicos y físicos como curado,
desinfectado, pelambre, desencalado,
descarnado, desengrasado, piquelado,
curtido, rebajado, procesos húmedos de
post-curtición y los acabados finales de las
pieles (5) (6).
Las pieles comúnmente utilizadas son las
98 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Entre los desechos sólidos más
contaminantes
se
encuentran
los
generados post-curtición, provenientes de
recortes, rebajaduras y lijado de cuero (5).
La mayor parte de estos residuos tienen
un contenido de cromo elevado, por lo cual
deben ser destinados a lugares especiales,
sin embargo, muchos son destinados a los
rellenos sanitarios sin haberles dado un
tratamiento previo (8).
Quitosano
como
alternativa
tratamiento de aguas
de
El quitosano es un tipo de poliaminosacarido
natural, que se obtiene a partir de la
desacetilación de la quitina, siendo el
segundo polímero más abundante en la
naturaleza, después de la celulosa. Puede
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
ser extraído de la cáscara de crustáceos
tales como cangrejos, camarones, langostas
entre otros, así como de insectos (9).
(NH2), según se muestra en la Figura 2,
siendo estos últimos fácilmente protonados
en soluciones ácidas a [NH3]+, de tal forma
que se pueden enlazar con sustancias
de carga negativa (10). Si se trata con
soluciones alcalinas, el quitosano adquiere
una carga negativa por la disociación de los
grupos de CH2OH o de la adsorción de OHde la solución por lo que forma enlaces con
sustancias de carga positiva (11).
La aplicación de estos biopolímeros es
uno de los métodos de adsorción para
la eliminación de colorantes e iones de
metales pesados, incluso si estos están a
bajas concentraciones (9). Esto es posible
debido a la presencia de sitios activos como
son los grupos hidroxilo (OH–) y amino
CH2 OH
H
CH2 OH
O
O
H
H
O
OH
H
O
OH
H
H
H
NH2
H
N
NH2
Figura 2. Estructura del quitosano (10)
Se debe controlar los valores de pH, ya
que en función de este, el quitosano
puede formar un gel o disolverse. Se
puede mejorar su rendimiento al aplicar
reactivos de reticulación, de tal forma que el
quitosano se vuelve insoluble y mejora sus
propiedades mecánicas (9).
Con el fin de aplicar el quitosano para
remoción de iones metálicos a nivel industrial,
se han desarrollado compuestos de diversa
naturaleza, los cuales han demostrado
tener una mejor capacidad de absorción y
resistencia a ambientes ácidos (9).
Problemática a abordar
En el Ecuador han surgido industrias
dedicadas a todo tipo de actividad, lo cual
es positivo ya que impulsa el crecimiento
Los 10 mejores proyectos / 99
económico de nuestro país. Sin embargo,
con este desarrollo se hace necesaria la
aplicación de tratamientos a los residuos
industriales, ya sean sólidos o líquidos,
pues hasta hace poco no se consideraba la
importancia de la responsabilidad ambiental
y social que deben tener las industrias con
respecto a los efluentes que generan y
arrojan indiscriminadamente a fuentes de
agua o las grandes cantidades de desechos
sólidos que producen y son destinados a los
rellenos sanitarios. Se estima que de cada
100 litros de agua 81,1 es para uso agrícola,
12,3 para uso doméstico, 6,3 es para uso
industrial, y el 0,3 se destina a otros usos (12).
Uno de los principales problemas de los
efluentes líquidos industriales es que estos
están contaminados con metales pesados,
los cuales al entrar en contacto con el
ambiente causan graves daños, tanto a la
flora y fauna, como a los seres humanos,
pues dadas las condiciones se convierten
en sustancias peligrosas por su toxicidad
y por el efecto acumulativo que tienen en
el organismo, riesgos que existen cuando
estos efluentes entran en contacto con las
fuentes de agua destinadas para consumo
humano o que son utilizadas por los
agricultores para regar sembradíos, trayendo
como consecuencia afecciones a la salud
de la población que consume productos
contaminados, problema que se incrementa
al no haber un control ambiental adecuado
en nuestro país.
100 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Estos efluentes son consecuencia de las
actividades productivas como la minería
que trae consigo gran contaminación. Por
citar un ejemplo, se estima que al menos
el 80% de las aguas de los ríos Calera y
Amarillo en la provincia del Azuay están
contaminadas (5). A esto se suman las
descargas líquidas producto de otras
industrias, muchas de estas ubicadas
en las principales ciudades del país y a
pesar de estar obligadas por la legislación
a no sobrepasar los límites máximos
de concentración de contaminantes en
descargas líquidas, mediante adecuados
procesos de tratamiento, no todas son
controladas.
El desarrollo de métodos para el
tratamiento de aguas contaminadas
con metales pesados ha cobrado auge
en los últimos años, sin embargo, su
costo elevado hace que los empresarios
eviten este tipo de inversión o apliquen
tratamientos superficiales que no ayudan
a minimizar el problema ambiental causado
por las industrias.
Adicionalmente, se considera que como
consecuencia del desarrollo de la industria
curtidora en el país los problemas
ambientales han incrementado, debido
a la gran cantidad de desechos que
se generan y a la gestión inadecuada
que se les da para su disposición final.
Si bien es cierto que muchas de estas
empresas han incursionado con la temática
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
ambiental, esta ha sido orientada hacia el
tratamiento de efluentes líquidos, pues los
desechos sólidos no son tratados en su
totalidad ya que son los de características
orgánicas a los que se han dado uso en la
fabricación de gelatinas, cremas, aceites,
abonos, alimentos de mascotas, entre
otros. Mientras que los desechos sólidos
obtenidos después de la curtición han sido
dejados de lado, siendo estos destinados a
los rellenos sanitarios.
Gran parte de estos desechos constituyen
las virutas de cuero en un porcentaje
aproximado del 26% de desechos sólidos
totales (13) que son generadas en el proceso
de rebajado del cuero “wet blue” posterior a
la curtición, por lo cual están formadas por
un complejo de colágeno y cromo, estando
este presente entre un 4 y 5% (13), por lo
cual al ser depositadas directamente en
los rellenos sanitarios pueden ocasionar
problemas ambientales a largo plazo. Se
estima que por cada 200 a 250 kg de cuero
se generan alrededor de 225 kg de virutas
(7). Por lo cual ha surgido la necesidad de
buscar alternativas que minimicen el impacto
ambiental generado por estos desechos
y que representen una solución viable y
económicamente atractiva.
Metodología y Herramientas
factibilidad del proyecto, se procedió a
recolectar una muestra de virutas de cuero
procedente de una curtiduría en la ciudad
de Ambato.
Se prepararon soluciones a diferentes
concentraciones (1% y 2%) de quitosano
y ácido acético diluido, que se sometieron
a agitación durante 5 horas en un agitador
magnético a una temperatura de 60
°C. Posteriormente se dejó enfriar esta
solución hasta alcanzar la temperatura
ambiente y se agitó durante una hora con
una pequeña cantidad de propilenglicol.
Se pesaron muestras de 5 gramos de
virutas de cuero que fueron colocadas
en cajas Petri para embeberlas en las
soluciones de quitosano previamente
preparadas. A cada muestra se dejó en
reposo al ambiente para que las virutas
absorban la solución, proceso que tardó un
día en llevarse a cabo.
Adicionalmente, se trataron muestras con
una solución de hidróxido de sodio al 5%
(w/v) con el fin de funcionalizar el material,
para lo cual se dejó en reposo durante
un día. Las diferencias físicas obtenidas
fueron notables entre la fibra original, la
tratada con quitosano y la que se trató
adicionalmente con hidróxido de sodio,
según se muestra en la Figura 3.
Con el fin de llevar a cabo pruebas
experimentales que determinen la
Los 10 mejores proyectos / 101
Figura 3. a) Virutas de cuero sin tratamiento, b) Virutas de cuero tratadas con quitosano, c) Virutas de cuero
tratadas con quitosano e hidróxido de sodio
Con el fin de determinar su utilidad en el
tratamiento de aguas, uno de los objetivos
de este trabajo, se preparó una solución de
sulfato de cobre 0,5 M, la cual se agitó durante
12 horas con las muestras de virutas tratadas
con quitosano y las muestras tratadas
adicionalmente con hidróxido de sodio.
Una vez transcurrido el tiempo de
tratamiento se separaron las virutas de
cuero mediante filtración, obteniéndose
A
B
las soluciones resultantes (Figura 4),
las cuales se analizaron mediante un
espectrofotómetro UV – visible, con lo
cual se determinó que efectivamente la
concentración de la solución de sulfato de
cobre disminuye al entrar en contacto con
las virutas de cuero tratadas con quitosano,
siendo las muestras tratadas adicionalmente
con hidróxido de sodio, con las que mejores
resultados se obtuvieron, lo cual demuestra
que el proyecto es factible.
C
Figura 4. a) Solución original, b) Solución en contacto con las virutas de cuero tratadas con quitosano, c) Solución
en contacto con las virutas de cuero tratadas con quitosano e hidróxido de sodio
102 / PREMIO ODEBRECTH 2014
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
Sin embargo, al pretender que sea un
método aplicable industrialmente, se
deberán realizar mezclas para obtener
un material compuesto con las virutas de
cuero, que al tener características de un
material fibroso pueden ser incorporadas a
una matriz polimérica que les brinde soporte
y sea posible la construcción de columnas o
la preparación de lechos con este material,
con los que se pueda remover de una
manera eficiente los metales pesados de
los residuos industriales.
Con tales fines, las virutas de cuero
serán clasificadas por tamaño, con el
objeto de obtener un material uniforme.
Posteriormente se probarán formulaciones
con distintos porcentajes de polímero y
se procederá a realizar las mezclas. Una
vez escogida la formulación idónea, es
decir el material que mejores propiedades
físicas y químicas posea, será tratado
con una solución de quitosano, cuya
preparación se describe en este trabajo.
Este material resultante será caracterizado
para determinar la presencia de enlaces
químicos, así como para evaluar el
recubrimiento del quitosano en la superficie
del mismo a través de diferentes técnicas,
como espectrofotometría de infrarrojo
mediante transformadas de Fourier (FTIR),
microscopía electrónica de barrido (SEM) y
microscopía óptica (14). Adicionalmente se
determinará mediante técnicas analíticas,
como espectrofotometría UV – visible
y absorción atómica (AA), la efectividad
de este tratamiento para remover iones
metálicos de aguas contaminadas.
Soluciones propuestas
Al conocer la gravedad del problema
ambiental que causan los efluentes
industriales
con
concentraciones
considerables de metales pesados, y de la
gran cantidad de desechos sólidos de postcurtición que son generados y se destinan
a rellenos sanitarios, en el presente trabajo
se plantea una alternativa para dar una
solución a ambos problemas mediante
el reciclaje de virutas de cuero producto
del proceso de rebajado, las cuales al
ser recubiertas con quitosano posean la
capacidad de formar complejos estables
con metales pesados y de esta forma
constituyan un método de tratamiento de
efluentes con estos contaminantes.
Con el fin de determinar la factibilidad de
esta propuesta, se han realizado pruebas
preliminares en las que se trataron
muestras de virutas de cuero con una
solución de quitosano, obteniéndose
resultados satisfactorios al corroborar que
la concentración inicial de una solución
de sulfato de cobre, usada como prueba,
disminuye al ponerla en contacto con
estas muestras, principalmente con la que
fue tratada adicionalmente con hidróxido
de sodio, lo cual evidencia la factibilidad de
este proyecto.
Los 10 mejores proyectos / 103
El quitosano es un producto de origen
natural que presenta facilidad de formar
complejos estables con especies metálicas
y puede ser adquirido en el país, pues se
conoce que se han desarrollado proyectos
para su extracción a partir de desechos de
crustáceos, lo cual sería un impulso para
el desarrollo de una actividad paralela a
este proyecto; sin embargo, su uso por si
solo para la remoción de iones metálicos
conlleva costos elevados, por lo cual se
requiere disponer de un soporte que en este
caso son las virutas de cuero, escogidas por
ser un material económico, disponible en
grandes cantidades y de fácil adquisición.
+
Virutas de cuero
Recubrimiento de quitosano
Tratamiento de
efluentes industriales
contaminados
104 / PREMIO ODEBRECTH 2014
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
Adicionalmente, se plantea la incorporación
de las virutas de cuero a una matriz
polimérica para obtener un material
compuesto que al recubrirlo con quitosano
mejore su resistencia y durabilidad, de tal
forma que sea aplicable industrialmente
y su regeneración o recuperación sean
posibles.
Para tratar los efluentes se prepararán
lechos o columnas en las que se colocarán
las virutas cubiertas con quitosano y
circularán las aguas para su tratamiento,
pudiendo ser un sistema aprovechado por
la misma empresa curtidora o por otras
industrias para tratar sus efluentes.
Es así que con este proyecto se pretende
brindar una alternativa que minimice la
inversión en sistemas sofisticados de
tratamiento de aguas contaminadas con
metales pesados, siendo un método al cual
puedan acceder pequeñas y medianas
industrias, impulsando de esta forma al
empresario a aportar a la conservación
ambiental y por ende beneficiando a
las poblaciones cercanas a las zonas
industriales, aportando a que el problema
de contaminación de sus fuentes
hídricas se minimice, brindando de esta
forma mejor calidad de vida, acorde a lo
enmarcado en nuestra constitución en la
que se resalta la importancia del buen vivir
de todos los ecuatorianos.
Viabilidad
La viabilidad del proyecto radica en el
aprovechamiento de desechos, como lo
son las virutas de cuero generadas durante
el proceso de la curtiembre de pieles,
dándoles uso al desarrollar un material
recubierto con quitosano para tratar
efluentes industriales contaminados con
metales pesados, de tal forma que dos
problemas pueden ser resueltos.
Al ser las virutas de cuero un desecho
disponible en grandes cantidades y que
aún se destina a rellenos sanitarios,
constituye una materia prima cuyo costo
es bajo y casi nulo, por lo cual este sistema
de tratamiento puede ser implementado
sin mayor inversión pues no requiere
de procesos tecnológicos costosos o
sofisticados. Además, existe disponibilidad
de los reactivos necesarios y se cuenta
con estudios previos realizados que han
sido adaptados según las necesidades de
nuestro entorno y por lo cual se plantea
este proyecto.
En el caso del quitosano, se puede
impulsar paralelamente la producción de
este a partir de desechos de crustáceos
mediante el desarrollo de proyectos viables
y sustentables.
Los residuos post-curtición de cuero
tratados con quitosano muestran un buen
comportamiento frente a la remoción
Los 10 mejores proyectos / 105
de metales, por lo cual su uso es posible
para tales fines, presentándose como una
alternativa atractiva para el empresario
como tratamiento de estos efluentes, pues
en muchos casos este tipo de inversión
es evitada por los altos costos que
conllevan las tecnologías modernas, dando
como resultado una serie de problemas
ambientales y sociales.
Es así que se plantea una solución parcial
que de ser económicamente viable, como
es lo esperado, pueda ser incorporada
principalmente en las pequeñas y medianas
industrias que no cuentan con el capital
necesario para implementar tecnologías
de tratamiento de aguas ni presentan un
correcto manejo de residuos, por lo cual son
las que mayor contaminación producen.
Con esta alternativa se minimizaría este
problema, beneficiando al inversionista, la
sociedad y por ende, al ambiente.
Conclusiones
•
La aplicación de tratamientos de
efluentes contaminados con metales
pesados ha cobrado relevancia en los
últimos años, sin embargo, debido a su
costo elevado los pequeños productores
no tienen acceso, por lo cual se hace
necesario el desarrollo de nuevas
alternativas económicamente viables.
• Con las pruebas preliminares realizadas
con las virutas de cuero tratadas con
106 / PREMIO ODEBRECTH 2014
quitosano, se han logrado resultados
satisfactorios que dan paso a una nueva
línea de investigación con el propósito de
establecer las mejores condiciones para
el uso de este desecho.
• El aprovechamiento de las virutas de
cuero producto del rebajado, es una
alternativa viable para minimizar el
impacto negativo que producen al ser
destinadas a los rellenos sanitarios.
• Con el desarrollo de más estudios es
posible mejorar e implementar en las
industrias este sistema alternativo de
tratamiento de efluentes contaminados.
Consideraciones finales
Se hace necesario analizar y estructurar
la información nacional de las curtiembres
para determinar cuántas existen, la gestión
y el manejo ambiental que realizan con los
desechos que generan.
Para el desarrollo de un diseño experimental
que permita establecer a fondo los
parámetros de un correcto procesamiento
de este tipo de desechos, se requieren una
serie de pruebas analíticas para determinar
las características del material y mejorarlas
con el fin de aplicar una nueva alternativa
en beneficio del ambiente y la sociedad,
puesto que aquí se presenta una visión
preliminar de lo que se podría lograr.
RECICLAJE DE RESIDUOS DE CUERO
PARA LA DESCONTAMINACIÓN DE
AGUAS INDUSTRIALES
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108 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Los 10 mejores proyectos / 109
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN DE
ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
AUTORA
ORIENTADOR
Carolina Belén López Torres
Ing. Ana Lucia Rodríguez
Universidad Particular Internacional SEK
E
n el Ecuador, el papel se consume en cantidades elevadas,
registrándose un aumento con el pasar de los años, conjuntamente
con la actividad productiva nacional. Para suplir esta demanda, se
ha fomentado la producción de papel mediante una tala indiscriminada
de árboles, aunque actualmente, se ha generado conciencia ambiental
utilizando fibras provenientes de otras fuentes naturales.
En la presente investigación, se desea brindar una nueva alternativa de
materia prima, la cual es el residuo fibroso generado de la extracción de
aceite del mesocarpio del fruto de la palma africana. Se debe resaltar
que al momento de la realización de la investigación, no se encontraron
estudios o información sobre esta fibra, por esta razón, fue necesaria su
caracterización para comenzar con la experimentación.
Utilizando los resultados de la caracterización, se procedió a experimentar
con los tres métodos tradicionales de fabricación de papel, modificando
condiciones del proceso como: concentraciones, tiempos de residencia
y procedimientos de cocción. Se utilizaron reactivos amigables con el
medio ambiente para la cocción y blanqueo de las fibras, lo que no sucede
en la típica industria papelera.
Una vez realizadas las pruebas a nivel de laboratorio y la elección del método
más óptimo, se prosiguió al diseño industrial de la planta de producción,
conociendo que el producto obtenido puede ser catalogado como papel
tipo “Kraft”, según normas INEN. Este estudio determinó los tamaños,
capacidades y potencias de todos los equipos necesarios. Además, este
se complementó con procesos necesarios para la reducción de emisiones
y reutilización de reactivos, cumpliendo con los lineamientos de producción
más limpia y aportando al cambio de la matriz productiva.
Finalmente, mediante un estudio económico, se determinó el valor
requerido de inversión inicial, costos de producción e ingresos por ventas
del producto final, considerando una proyección a cinco años, lo cual
generó un TIR y VAN positivos y atractivos para posibles inversionistas.
Compilación de los mejores proyectos / 111
Objetivo General
Diseñar un proceso para fabricar papel a
partir del residuo fibroso generado en la
extracción de aceite de palma africana.
Objetivos Específicos
• Analizar e identificar el residuo fibroso para
determinar sus características, propiedades
y composición.
• Obtener papel mediante el método más
óptimo utilizando el residuo fibroso generado
en la extracción de aceite de palma.
• Caracterización y evaluación de la calidad del
producto final con base en las normas INEN.
• Evaluar la factibilidad y rentabilidad del uso
de esta materia prima para producir papel
industrialmente.
Alcance
Mediante este estudio se diseña un proceso
sustentable para fabricar papel mediante el
residuo fibroso obtenido de la extracción
de aceite de palma africana. Previamente
se determinan las características y
propiedades que presenta esta materia
prima, ya que es una fibra que no ha sido
caracterizada ni tomada en cuenta como
una fuente de materia prima.
Esta investigación ayuda a establecer
112 / PREMIO ODEBRECTH 2014
nuevas materias primas que pueden
ser aprovechadas para fabricar papel,
reduciendo la tasa de deforestación que
se tiene actualmente por generar este
producto con fibras madereras, cumpliendo
con los lineamientos planteados en el
Plan Nacional del Buen Vivir 2013-2017,
principalmente (Senplades, 2013):
• “Impulsar iniciativas de producción
sostenible de bienes y servicios, que
consideren la capacidad de regeneración
de la naturaleza para el mantenimiento
de la integridad y la resiliencia de los
ecosistemas”.
• “Promover la sostenibilidad ecosistémica
de la economía a través la implementación
de tecnologías y prácticas de producción
limpia”.
Adicionalmente, se aporta con un proceso
amigable para el ambiente que podrá ser
implementado fácilmente. Se continúa con
un análisis de la demanda insatisfecha del
Ecuador, para mediante la instalación de
una planta procesadora de papel a partir del
residuo, poder cubrir un porcentaje de esta.
Además, se fomenta el desarrollo social
en el sector de La Concordia, Santo
Domingo de los Tsáchilas, Esmeraldas,
etc., ya que en estos lugares existen
algunas extractoras de aceite de palma
africana y los residuos de estas pueden
ser aprovechados por la población,
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
generando puestos de trabajo, mejorando
su nivel social y promoviendo un ambiente
más limpio. Finalmente, esta industria se
presenta como una alternativa para el
cambio de la matriz productiva nacional.
Fundamento Teórico
Según el último informe de las estadísticas
agropecuarias en el Ecuador, en el año
2011, se puede ver que existe alrededor
de 202.651 hectáreas de palma africana
y una producción del cultivo de 2 097 356
toneladas métricas al año (INEC, 2011). Se
aprovecha el fruto de estas plantaciones
para producir dos aceites: el aceite rojo para
consumo humano y el aceite de almendra
o palmiste, el cual es utilizado para la
fabricación de jabones y alimentos para
animales (SFA, 2010).
Además de estos productos se generan
subproductos, algunos considerados como
residuos. Estos subproductos son: aceite
Figura 1. Residuo fibroso de la extracción de aceite de
palma.
crudo, torta de palmiste, raquis (racimo
vacío), cuezco, cachaza, efluentes y fibra.
Esta última es obtenida del mesocarpio
luego de que se extrajo el aceite y posee
una gran cantidad de fibra vegetal que
representa a la celulosa, con la que se podrá
generar la pasta celulósica que constituirá el
papel deseado (Bastidas, 2006).
Estas fibras vegetales se encuentran
constituidas
principalmente
por
polisacáridos,
compuestos
fenólicos,
minerales, proteínas, etc. Cuando se
analizan los polisacáridos se establece que
su estructura está formada por celulosa
y hemicelulosa entrelazadas (Gutiérrez,
2010).
En las fibras vegetales, la celulosa
comprende más del 50% de su estructura
(Colona, 2010). Junto a la celulosa se
encuentra la hemicelulosa que constituye
aproximadamente el 30% de las fibras
madereras (Sandermann, 1998). Estos
dos componentes serán los principales
constituyentes del papel.
De igual manera, la lignina es un
componente importante a tomar en
cuenta cuando se desea fabricar papel
ya que este compuesto da rigidez a la
corteza, brinda protección contra
la
humedad y microorganismos que pueden
afectar a la planta. Sin embargo produce
poca flexibilidad a las hojas de papel, lo
cual hace necesaria la eliminación de
Los 10 mejores proyectos / 113
este componente, sin dañar a la celulosa
(Colona, 2010).
Tomando en cuenta los componentes
de la fibra y sus características, se han
establecido tres métodos para fabricar
papel. El procedimiento más utilizado
es el método químico, en donde se
emplean reactivos químicos para eliminar
selectivamente a la lignina. Cuando se
utilizan sustancias químicas más suaves se
debe implementar la fuerza mecánica para
crear una desfibración, a este método se
lo conoce como semiquímico. Finalmente,
el tercer procedimiento es el método
mecánico o de alto rendimiento, en el
cual se utilizan fuerzas de cizallamiento y
compresión para formar la pasta celulósica
(Macorra, 2004). En todos estos métodos
se elimina la lignina, pero también se
produce una reducción de la celulosa, lo
cual afecta al rendimiento del proceso
(SCA, 2010). Por esto, se experimentó
con todos los métodos y se determinó el
óptimo para este residuo fibroso.
Se debe analizar que en el método químico
se utiliza comúnmente el procedimiento
tipo “Kraft”, que se basa en la utilización de
sulfatos, sulfitos e hidróxido de sodio. Pero
se presenta otra alterativa para el método
químico, el cual es el proceso conocido
como “Sosa al frío”. Esta es una técnica
similar al proceso Kraft, diferenciándose
por los reactivos que se utilizan en cada
uno. En la presente investigación se
114 / PREMIO ODEBRECTH 2014
escogió este método químico porque
presenta las mejores condiciones
ambientales ya que no se utilizan reactivos
químicos altamente contaminantes como
sucede en el otro procedimiento. En este
proceso se agrega hidróxido de sodio
en diferentes concentraciones, variando
tiempos de cocción a una temperatura de
170°C, dependiendo del tipo de fibra (SCA,
2010).
Independientemente de la pasta obtenida
por cualquier de los tres métodos
experimentales, ésta debe ser sometida
a un proceso de blanqueamiento, ya que
es un requisito para obtener un papel
de calidad. En la industria, para obtener
un blanqueamiento altamente eficaz
se utiliza compuestos de cloro, como
son el dióxido de cloro y cloro gaseoso.
Pero en la presente investigación se
implementó la producción más limpia, con
lo que se utilizó peróxido de hidrógeno
para blanquear las fibras. El peróxido
de hidrógeno es también efectivo para
obtener un buen grado de blancura en
el papel y los efluentes no contendrán
cloro, que consume el oxígeno y destruye
hábitats
acuáticos.
Otro
aspecto
importante es que esta pasta obtenida
sin la utilización de compuestos de cloro,
será catalogada como “Totalmente Libre
de Cloro” o con sus siglas en ingles “TCF”,
lo cual implica una buena categorización
ambiental (SCA, 2010).
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
Después de obtener los datos necesarios
en la experimentación con cada método,
se deberá utilizar a la producción más
limpia para complementar el diseño de
la planta, la cual se dedica a controlar la
contaminación ambiental de una forma
preventiva, actuando desde el origen para
eliminar los efluentes o residuos antes de
que se generen. La producción más limpia
actúa sobre los procesos y los productos,
produciendo mejoras en la eficiencia y
calidad, disminuyendo costos e impacto
ambiental (Bermejo, 2005). Algunas de las
acciones más importantes de la producción
más limpia son (Costa, 2012):
• Reducción del volumen.
• Modificación de los procesos de producción.
• Buenas prácticas ambientales.
• Valorización de los residuos.
Cabe señalar que todas las técnicas
mencionadas son implementadas en el
diseño del proceso para fabricar el papel
mediante el residuo fibroso, pero se debe
considerar también la sostenibilidad de
la producción de papel mediante cuatro
principales ejes de acción. El primer eje es
la gestión forestal manejando los bosques
o plantaciones de palma, de modo que se
mantenga su biodiversidad y su capacidad
de regeneración, sin olvidar la productividad
y la satisfacción de las necesidades
presentes y futuras. El segundo es la
recuperación y reciclaje. El tercero es la
generación de riqueza y contribución a la
calidad de vida, y el último eje es generar
un proceso productivo sustentable y
responsable (ASPAPEL, 2008).
Problemática a abordar
La producción mediante fibras madereras
representa un gran problema medio
ambiental debido a que el 40% de toda la
madera talada del mundo es destinada al
papel. Además, para sustituir los bosques
deforestados se utiliza gran cantidad de
herbicidas y fertilizantes para generar
árboles de rápido crecimiento, los cuales
intentan satisfacer el requerimiento de
materia prima para la industria papelera.
Otro aspecto importante son los
contaminantes generados en la fabricación
industrial de papel, ya que los efluentes
y emisiones afectan gravemente a
ríos, animales y al medio ambiente en
general. Esto se produce debido al uso de
compuestos con azufre y especialmente
con cloro elemental, dióxido de cloro y
compuestos organoclorados, los cuales
serán sustituidos en el presente proyecto
por reactivos amigables. Además, en el
Ecuador se estima que la demanda interna
de papel crecerá debido a un aumento en
la actividad productiva nacional (Instituto
Nacional de Preinversión, 2013). De igual
manera, con este aumento también
se incrementará preocupantemente la
extracción de madera a fin de poder suplir
los requerimientos de la población.
Los 10 mejores proyectos / 115
Considerando que los datos de
deforestación nacional no son nada
alentadores, ya que se tiene una tasa
de 65 mil hectáreas por año, siendo la
reforestación de 30 mil hectáreas y de
no plantearse nuevas alternativas de
materia prima, se presentaría un proceso
no sustentable de fabricación de papel
(Ministerio del Ambiente, 2013).
Metodología y Herramientas
La primera etapa de la investigación es la
caracterización de la materia prima. Este
proyecto se basó en las siguientes normas
(Tabla 1) y se realizaron tres réplicas según
lo recomendado en las técnicas para dar
confiabilidad a los resultados.
Tabla 1.
Normas utilizadas en la caracterización de la fibra.
Componentes
Solubles en Etanol-Benceno
Solubles en Agua
Cenizas
Holocelulosa
Celulosa y Hemicelulosa
Lignina
Mediante la información analizada se puede
decir que la elección del método para fabricar
papel dependerá de la caracterización
de la materia prima. Además, la fibra del
mesocarpio posee distintas propiedades
y no puede considerarse, ni tratarse
de igual manera que otro residuo de la
palma o de otras fuentes naturales. En la
presente investigación, se experimentaron
con los tres métodos mencionados
116 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Norma
TAPPI T 204 cm-97; Relacionado con:
ASTM D1107, D 1108, D 1794
TAPPI T 207 cm-99; Relacionado con:
ASTM D1110
TAPPI T 211 om-02; Relacionado con:
ASTM D 1102
ASTM D 1104-56
ASTM D 1695-77
Técnica Runkel y Wilke
anteriormente. El método que presente el
mejor rendimiento con un papel de buena
calidad, será el escogido para comenzar a
diseñar el proceso. Para esto, se variaron
los tiempos de reacción y se utilizaron tres
concentraciones distintas de hidróxido de
sodio para establecer la cantidad correcta
de reactivo que elimine a la lignina sin
afectar a la celulosa. Adicionalmente,
se modificó el blanqueo para realizarlo
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
con peróxido de hidrógeno y reactivos
estabilizantes. Tomando en cuenta la
posibilidad de adicionar compuestos que
mejoran la formación de la hoja de papel.
El producto final se caracterizó mediante
las normas establecidas a nivel nacional,
las cuales son las normas INEN para
pulpa, papel y cartón. Se eligieron estas
normas porque estas son las necesarias
para determinar si el papel podría ser
catalogado como tipo “Kraft”, el cual es el
papel que posee el porcentaje más alto de
importaciones a nivel nacional.
Además, estas normas pueden
fácilmente replicables en laboratorio.
ser
Soluciones propuestas
Para
solucionar
los
problemas
anteriormente mencionados es necesario
buscar otras alternativas de materia
prima como es el bagazo producido en la
extracción de aceite de palma africana, para
diseñar y desarrollar un proceso sustentable
de fabricación de papel basándose en la
producción más limpia. Cabe mencionar que
este residuo se genera durante el corte de la
fruta de la palma africana, por lo que no se
verá afectado ningún árbol y se disminuirá
la extracción de madera destinada a la
industria papelera.
Tradicionalmente la fabricación de papel
se produce a partir de fibras madereras,
pero debido a un incremento en el interés
ambiental, actualmente se está optando por
el uso de otras fibras vegetales. Estas son
muy variadas y cada una posee resultados
distintos al fabricar papel, pero no existen
al momento otros estudios e información
del residuo fibroso de la palma africana. Por
esta razón, es necesario realizar pruebas
de caracterización obteniéndose los
siguientes porcentajes de los componentes
constituyentes de la fibra utilizada.
Tabla 2.
Componentes del residuo de palma africana.
Componentes
Celulosa
Hemicelulosa
Cenizas
Lignina
Solubles totales
Fibra
36%
21%
1.5 %
28%
12%
Comparando con otros tipos de fibras se
puede establecer que el porcentaje de
celulosa obtenido es parecido al pino (40%)
y al bagazo de la caña de azúcar (31%), la
diferencia se presenta en la cantidad de
hemicelulosa. Además, el porcentaje de
lignina es una cantidad alta comparando
con otras fibras madereras (Barba, 2002).
En las pruebas de experimentación es
necesario realizar un proceso artesanal
que debe ser utilizado para obtener papel
a partir del residuo caracterizado, este
consta de cuatro etapas base: humectación
(ablandamiento de las fibras), cocción
(reacción con el reactivo para formar las
Los 10 mejores proyectos / 117
pastas celulósicas), blanqueo y formación
de las hojas. Es necesaria la utilización de
este proceso porque es el que fácilmente
puede ser replicado en laboratorio y
aportará con los datos necesarios para el
diseño de la planta.
Con los datos de caracterización y de la
experimentación se determinó que los dos
métodos adecuados para fabricar las hojas
de papel son el método químico y mecánico,
debido a la hoja formada y al rendimiento
del proceso. Se optó por elegir el método
químico, ya que se desea reducir costos y en
el método mecánico esto se incrementaría
porque es necesario el uso de aditivos para
conseguir la unión de las fibras que formaran
la hoja de papel y estos aditivos fomentan la
contaminación de los efluentes.
Analizando los resultados obtenidos se
determina que el tiempo de humectación no
afecta significativamente a los rendimientos
y a la reacción. Esto quiere decir, que no es
necesario optar por un periodo muy largo, ya
que no provoca la mejoría del producto final y
más bien implica periodos de tiempo perdidos.
Con respecto a la concentración, ésta afecta
totalmente al rendimiento y a la reacción,
lo que provoca que se elimine la lignina y
también una pérdida de hemicelulosa y
celulosa y que el rendimiento en reacciones
con altas concentraciones sea bajo. Para
seleccionar la concentración óptima, se
debe analizar el producto final, teniendo
118 / PREMIO ODEBRECTH 2014
en cada caso una buena formación de las
hojas. A una concentración muy alta, las
fibras comenzaron a romperse, dificultando
el manejo de las mismas. Finalmente, se
decidió escoger una concentración molar
de 0,75, con la cual se obtiene un buen
producto, con alto rendimiento y que no
represente un costo elevado de producción.
Estableciéndose que el tiempo de reacción
adecuado para la cocción sea de 1 hora.
En el caso del blanqueamiento, todos
los rendimientos son parecidos porque
no se variaron concentraciones (0,5M)
y tiempo de reacción (3 horas). Los
rendimientos de blanqueo varían desde 63
a 64%. Esta variación se presentó por la
dificultad del método y pérdida de la fibra,
lo que complica establecer un rendimiento
exacto. De esta manera, se establece que
el método utilizado para el escalamiento
industrial es el que posea las condiciones
seleccionadas en la experimentación,
determinando un rendimiento total del
proceso de alrededor de 38%.
Finalmente, el producto obtenido debió
ser analizado para poder determinar sus
características y compararlas con el papel
Kraft, pero el proceso seleccionado es
flexible para obtener cualquier tipo de papel.
Se establece que el porcentaje de humedad
en el papel es de 7,69%, lo cual es adecuado
para el papel tipo Kraft. Otro aspecto
importante de este papel es el espesor de
la hoja y se determinó que esta posee un
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
espesor de 0,23 mm, según lo establecido en
la norma NTE INEN 1399. Este papel obtenido
mediante el método químico, utilizando las
cuatro etapas del proceso artesanal con
las condiciones elegidas como óptimas, se
observa en la Figura 2.
Viabilidad
Mediante un análisis económico, social
y ambiental, se determinó que es
necesaria la implementación de una planta
sustentable de fabricación de papel a partir
del residuo fibroso. Si no se lo realiza, se
seguirá desarrollado un grave problema
medio ambiental, fomentando una
industria papelera insostenible debido al
requerimiento de árboles madereros como
materia prima.
Adicionalmente, se necesita cubrir la
demanda insatisfecha de papel que posee
el Ecuador cada año. En el año 2013, se
determinó que las importaciones fueron de
420.141,56 toneladas de papel tipo Kraft,
lo que significa una producción de papel de
8752,95 toneladas a la semana (Instituto
Nacional de Preinversión, 2013).
Figura 2: Papel obtenido mediante el método químico
artesanal.
Se observa que los datos obtenidos
concuerdan con las especificaciones
requeridas. A la vez, con esta información
se puede establecer que se requiere de un
gramaje de 146 g por m2 y este valor es
el utilizado para elegir los rodillos que se
usarán en la planta industrial, ya que éstos
son los que determinarán las características
finales de las hojas de papel.
Mediante la implementación de tan solo
una planta productora de papel se cubrirá
un porcentaje aproximado de 4,59% de la
demanda insatisfecha total del país con solo
el residuo de pocas extractoras localizadas
próximas a la planta de fabricación.
Cabe señalar que, esta demanda puede
aumentar si se desea tratar los residuos de
otras extractoras de aceite.
Para intentar cubrir parte de esta demanda
es necesario saber qué cantidad de materia
prima es generada en procesadoras de
aceite de palma. Al determinar la proporción
Los 10 mejores proyectos / 119
NaOH
Agua
Tanque de
almacenamiento
Solución de
NaOH (0.75M)
Cocción
Residuo
fibroso
4,2 ton/lote
Recepción de la
materia prima
Prensado y
formación de
las hojas
Hojas de papel
Pasta
celulósica
blanqueada
1,59 ton/lote
Pasta celulósica
2,5 ton/lote
Residuo
fibroso
4,2 ton/lote
Licor negro
Agua
Peróxido de
hidrógeno (0,5M)
Blanqueamiento
Agua
Pasta
celulósica
2,47 ton/lote
Licor negro
Peróxido de
hidrógeno
y lignina
1,59 ton/lote
Limpieza de la
pasta
Vapor para
calentamiento
Licor negro
de la cocción
y limpieza
Licor negro
concentrado
Combustión
Agua del prensado
y limpieza
Planta de
tratamiento
de agua
Evaporación
Pasta negra
Agua
NaOH
al tanque de
almacenamiento
Caustificación
Cal
Agua al tanque de
almacenamiento
Figura 3. Diagrama de bloques del proceso.
del residuo fibroso, se conoce que el
12% representa a la fibra procesada con
respecto al fruto entero de la palma, pero
no todo este residuo será destinado a
la realización de papel, ya que el 30% es
utilizado como combustible en la extracción
de aceite de palma, por esto se aprovechará
el 70% restante.
Aunque en la actualidad el residuo fibroso
no tiene un precio específico, es necesario
120 / PREMIO ODEBRECTH 2014
determinar un costo representativo de este,
ya que la población e industria se verán
beneficiados por la venta de su residuo. De
igual manera, se determina que la planta
cumplirá con dos lotes de producción,
implicando un periodo de trabajo de
16 horas que serán cumplidos con dos
jornadas de trabajo. Al realizar estos turnos
se incrementará el costo de producción,
específicamente en mano de obra, pero
implica la generación de puestos de trabajo
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
(directos e indirectos) para la comunidad.
Un aspecto importante, es que la planta
fue diseñada de acuerdo a producción más
limpia, implementando procesos y equipos
necesarios para la reducción de emisiones
y efluentes, ya que en la industria existen
corrientes residuales que deberán ser
tratadas. En el caso de las corrientes de
licor negro (residuo de la cocción), estas
pueden ser aprovechadas por medio de un
evaporador que concentrará a la solución
para ingresar a un caldero. En este equipo
se generará vapor que calentará al reactor
de cocción, el cual podrá ser condensado
para obtener agua y reducir el volumen
utilizado de este insumo.
Además, con la implementación de
una zona de caustificación se podrán
recuperar los reactivos utilizados en el
proceso y estos serán reingresados a
los reactores. Otro subproducto es la cal,
que será comercializada, lo que generará
mayores ingresos a la planta. Todos estos
procesos se observan en el siguiente
diagrama de bloques.
Finalmente, con todos los ingresos, egresos
y la inversión inicial se determinó que este
proyecto de investigación tendrá un TIR
del 30% y un VAN de $161.493. Como se
puede observar, los valores determinan
que el proceso es económicamente
rentable, dando ganancias económicas
significativas y es un proyecto atractivo
para inversionistas.
Conclusiones
• Las pruebas de caracterización
determinaron que la fibra posee una
composición distinta a un árbol maderero,
con porcentajes menores de celulosa
y hemicelulosa. Contrariamente, la
composición de la fibra es parecida a la caña
de azúcar, con la cual se realiza un proceso
sustentable de fabricación de papel. Uno
de los compuestos caracterizados fue la
lignina, determinando un porcentaje alto
de ésta en las fibras, como es típico de las
plantas tropicales. Es por esto que siempre
se requerirá del uso de reactivos químicos
fuertes para eliminar a este componente.
• A pesar de que se realicen futuras
mejoras del proceso, el rendimiento no
podrá aumentar más del 57%, ya que este
es el porcentaje de celulosa y hemicelulosa
en la fibra, que posteriormente serán los
constituyentes del papel. Aunque la fibra
es el residuo de la palma que presenta
un mejor desempeño en la realización de
papel, comparada con el raquis y el cuesco,
ya que la caracterización determinó en
la fibra una mayor cantidad de celulosa y
hemicelulosa.
• El método mecánico no presentó una
buena calidad del producto final porque
no se elimina la lignina. Pero este proceso
debe ser analizado, ya que presenta el
mejor rendimiento, aunque se deben
considerar costos por el uso de aditivos
Los 10 mejores proyectos / 121
como el almidón de papa, que es adecuado
para la adhesión de las fibras, pero también
su utilización fomentará una mayor
contaminación de los efluentes.
• Una trituración de la fibra contribuye
a una mejor deslignificación, pero los
rendimientos bajan y los reactivos se
pierden. En el caso del peróxido de
hidrógeno se presentaron mayores
complicaciones y no se consiguió un buen
blanqueo de las pastas celulósicas para
fibras trituradas.
• De acuerdo al análisis de prefactibilidad,
se puede ver que la fabricación de papel
a partir del residuo es económicamente
sustentable, además de ser un proceso
amigable con el ambiente y que podrá
cubrir la demanda insatisfecha de papel
en el Ecuador, pero una sola planta no
será suficiente para satisfacer este alto
porcentaje de demanda.
Consideraciones finales
• Se deben considerar cuidados especiales
cuando se realice el muestreo de la fibra
porque esta se encuentra caliente y
húmeda en los patios de almacenamiento
de la extractora. Esto provoca una rápida
descomposición y generación de hongos y
microorganismos, los cuales alterarán los
análisis requeridos para la caracterización
y experimentación.
122 / PREMIO ODEBRECTH 2014
• Así mismo, se debería utilizar el proceso y
el residuo para la generación de otros tipos
de papeles encontrados en el mercado,
como el papel tipo “Bond”, el cual es
utilizado en grandes cantidades, pero
requerirá de una producción más compleja.
• Se requiere tres etapas de blanqueo para
obtener un buen producto y el blanco
deseado, pero se pueden experimentar
con otros agentes, como oxígeno y ozono
para reducir el tiempo de residencia y el
peróxido de hidrógeno utilizado. Tomando
en cuenta que para papeles tipo “Kraft”, no
es necesario obtener una tonalidad blanca,
por lo que se podrían reducir las etapas.
• En la planta se debería considerar diversas
formas de generación de energía. Una de
ellas es el aprovechamiento del vapor para
producir energía eléctrica para la misma, o
a su vez se debería analizar la composición
específica del licor negro, determinar su
rentabilidad y factibilidad para generar
combustible a partir de este residuo.
• Finalmente, se recomienda realizar un
análisis económico más detallado para
obtener valores lo más precisos posibles
y fomentar la instalación de este tipo de
plantas de procesamiento de papel.
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN
DE ACEITE DE PALMA AFRICANA,
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
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124 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Los 10 mejores proyectos / 125
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
PAPEL A PARTIR DELSUSTENTABLE
RESIDUO FIBROSO
RE-MANUFACTURA
DE
GENERADO EN
LA EXTRACCIÓN
UTENSILIOS
PARA
COCINAS DE DE
ACEITE DE PALMA
AFRICANA,
INDUCCIÓN
CON RECUBRIMIENTOS
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
FERROMAGNÉTICOS
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
AUTORA
AUTORES
ORIENTADOR
ORIENTADOR
Carolina
Belén López
Torres
Diego
Alejandro
Albuja
Vaca
Jorge Andrés León Casares
Ing. AnaGuillermo
Alfredo
Lucia Rodríguez
Valarezo Garces, PhD
Particular
Internacional
Universidad San
Francisco
de Quito SEK
L
a implementación de las cocinas de inducción, en los hogares
ecuatorianos de todo nivel socio-económico, como principal
método para cocinar alimentos y la eliminación de los subsidios
al gas doméstico, no solo van a provocar que se realice un cambio
generalizado de las cocinas de gas por las cocinas de inducción sino,
también, que los artículos para cocinar van a tener que ser reemplazados
a corto plazo.
Para evitar que las familias tengan que verse obligadas a renovar y
comprar costosos artículos de cocina de acero inoxidable, hierro (los
cuales son ferromagnéticos) o con placas embebidas de acero en
aluminio, en este proyecto se propone aplicar un recubrimiento de una
delgada capa de material ferromagnético a los artículos de aluminio
que actualmente ya poseen las familias o que se producen localmente,
con el fin de lograr reducir los costos de fabricación y por lo tanto evitar
gastos excesivos a las familias que no puedan afrontarlos. La propuesta
permite mantener la tecnología de producción local de artesanos y otras
empresas, y reducir la huella de carbono que el reciclaje de los millones
de utensilios actualmente en uso en el Ecuador provocaría por ejemplo,
reciclaje de aluminio, importación de acero, etc.
Lo que se desea con este proyecto es optimizar la aplicación de esta
capa de material ferromagnético y determinar el mínimo espesor
requerido para lograr el calentamiento por inducción. En lo que
respecta al desempeño, se desea encontrar un equilibrio adecuado
entre temperatura, tiempo de calentamiento y espesor de la lámina de
material ferromagnético. De esta manera se espera que el recubrimiento
logre temperaturas y tiempos aceptables de calentamiento pero con
la menor cantidad de material depositado para disminuir al mínimo el
costo de fabricación.
Compilación de los mejores proyectos / 127
Objetivo General
Diseñar e implementar un recubrimiento
ferromagnético aplicable en artículos de
cocina para su empleo en calentamiento por
inducción, a fin de permitir la migración de
tecnología de calentamiento de utensilios
a más bajo costo mediante reutilización de
los actuales utensilios de cocina (evitando
la huella de carbono) y permitiendo a los
productores artesanales mantener su
producción de ollas de aluminio.
Objetivos Específicos
Detallan los objetivos que permiten la
viabilidad del proyecto según su orientación
a la sostenibilidad.
• Determinar un material ferromagnético
resistente al desgaste que se pueda aplicar
en forma de recubrimiento en los artículos
de cocina, con propiedades óptimas y de
bajo costo.
• Analizar por modelación computarizada
(COMSOL) el proceso de calentamiento por
inducción en el recubrimiento aplicado para
optimizar la cantidad de material y geometría.
• Analizar desempeño en muestras físicas del
recubrimiento aplicado y evaluar la respuesta
de mercado: productores y usuarios.
• Desarrollar procedimientos de remanufactura de los actuales utensilios de
128 / PREMIO ODEBRECTH 2014
cocina para permitir la reutilización de ollas y
sartenes que se encuentre en buen estado
y que su reemplazo por utensilios de acero
inoxidable involucre un costo elevado.
• Transferir el conocimiento desarrollado y la
técnica a los productores artesanales y noartesanales para su implementación.
Alcance
Considerando la capacidad económica del
ecuatoriano promedio y el costo de los
nuevos artículos de cocina (incluyendo las
nuevas cocinas de inducción y utensilios:
ollas, sartenes, etc.), las economías
familiares se verán afectadas en la transición
del cambio de matriz energética, y en
muchos casos para algunas familias será
inaccesible el cambio a esta nueva forma
de aprovechamiento energético, con lo que
el objetivo macro-económico puede verse
afectado. Por tanto, es necesario encontrar la
manera de reducir los costos involucrados de
la renovación de utensilios de cocina. Es por
esta razón que la investigación que se realiza
en este proyecto brinda nuevas opciones de
fabricación que en primera instancia deberán
ser económicamente más atractivas para
los consumidores ecuatorianos y para los
fabricantes de estos artículos. Por otro lado,
no solamente las familias se beneficiarían
con este proyecto, sino que también los
productores artesanales de cocinas u ollas a
los cuales les sería más conveniente aplicar
el método que se expone en este proyecto a
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
adquirir costosas máquinas, que en muchos
casos no lo van a poder hacer debido a su
nivel de ingresos.
Empresas grandes de producción de
utensilios de aluminio están adaptando su
tecnología y migrando en muchos casos
a utilizar maquinaria capaz de trabajar
con acero inoxidable (material de mayor
resistencia y rigidez mecánica- casi tres
veces el módulo de elasticidad-E del
aluminio: Einox = 180 GPa, EAl = 69 GPa y
cuatro/cinco veces el esfuerzos de fluencia
Sy-inox = 520 MPa, Sy-Al = 20-120 MPa). Esto
representa una cuantiosa inversión, que
productores artesanales serían incapaces
de adaptar puesto que su producción actual
de ollas de aluminio se basa en la técnica de
repujado (conformado mecánico utilizando
fundamentalmente, la fuerza del operador
y ventajas mecánicas como palancas), ver
Figura 1.
La solución que se plantea en este proyecto
estima que los productores de ollas
artesanales podrían continuar produciendo
utensilios con la misma técnica actual y
fácilmente adoptar la técnica de depósito
de recubrimientos, en este caso por
termorociado (el termorociado es una
De material
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Madera
Acero
PVC
Aluminio
Figura 1. En la figura, se muestra la técnica del repujado para producción de utensilios de cocina de forma artesanal
(derecha-arriba-abajo). Las propiedades de ductilidad del aluminio permiten su fácil conformado. El cambio
a material de acero inoxidable impide el uso de las mismas técnicas por la alta resistencia a la deformación del
mismo. Se muestra la técnica de termorociado para proyectar partículas fundidas de material ferromagnético
(izquierda-arriba). También se muestras la emisión de toneladas de CO2 para la producción de distintos materiales
incluyendo madera, acero, plástico PVC y aluminio.
Los 10 mejores proyectos / 129
técnica de manufactura aditiva, en la que
material particulado es inyectado en una
flama de alto poder calórico, que funde el
material y lo proyecta contra un substrato,
formándose una capa de material sobre la
superficie rociada), ver Figura 1.
Otra ventaja importante del presente
desarrollo es limitar la huella de carbono
que por reciclaje de aluminio o por la
producción de nuevos utensilios de acero
inoxidable se produciría. El proceso de
termorociado produce también una huella
de carbono, pero significativamente
menor al de producción de aluminio y
acero. El proceso de reciclaje de aluminio
puede producir hasta 3 veces más CO2
contaminante comparado al acero, por la
alta demanda de energía, ver Figura 1. De
implementarse este procedimiento para
re-manufacturar los actuales utensilios en
uso en los hogares, entonces la huella de
carbono sería aún menor, pues no habría
necesidad de importación de materia
prima (ejm. aluminio), transportación,
reciclaje, etc. Por tanto, se considera
que el beneficio del desarrollo de este
“emprendimiento social” irá dirigido a
beneficiar a la comunidad ecuatoriana
de bajos recursos, promoviendo la remanufactura de utensilios, reduciendo
costos de producción y precios, y a la
vez beneficiando a artesanos a que
continúen produciendo bajo las técnicas
actuales. Indirectamente, el cambio de
la matriz energética es apoyado desde
130 / PREMIO ODEBRECTH 2014
la re-manufactura de utensilios, con una
implementación tecnológica de largo
alcance que reduce la huella de carbono,
acorde con el objetivo del cambio de
matriz.
Fundamento Teórico
Actualmente para las cocinas a gas o
con resistencias eléctricas, los artículos
para cocinar pueden ser de cualquier
material que resista altas temperaturas (en
general ~200-250°C) y que sean buenos
conductores de calor. Estos artículos son
calentados simplemente por conducción
mediante la flama o por el calor emitido de la
resistencia eléctrica. Durante este proceso
gran cantidad de energía se pierde hacia los
alrededores en forma de calor por radiación
o convección, y hace que éste proceso sea
poco eficiente, ver Figura 2.
Por otro lado, durante el calentamiento
por inducción, el material se calienta
internamente a nivel subatómico mediante
la magnetización y desmagnetización
de los átomos. Este fenómeno produce
un movimiento de alta frecuencia en los
electrones y tomando en cuenta que el
material posee cierta resistencia innata
al movimiento de electrones, estos se
calientan por efecto Joule y provocan el
calentamiento por inducción de corrientes
parásitas.
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
Figura 2. En la figura, se muestra una comparación entre el principio de calentamiento por la técnica de inducción
(arriba) y la convección forzada de la flama de gas (abajo). La técnica de inducción requiere de utensilios
ferromagnéticos (de acero, acero inoxidable, o hierro)(arriba), mientras que la cocción tradicional puede ser muy
efectiva en utensilios de aluminio (abajo). La inducción consiste en la generación de un campo magnético por
parte de la plancha (bajo el vidrio aislante), que a su vez interactúa con el material ferromagnético produciendo
corrientes parásitas que por efecto Joule generan calor. El principio de la llama, es calentamiento por convección
poco eficiente.
Para que este proceso sea aplicable es
necesario que la cocina de inducción posea
un inductor, pero que al mismo tiempo, el
material que va a ser calentado sea de tipo
ferromagnético para lograr las sucesivas
magnetizaciones y desmagnetizaciones
de sus átomos, ver Figura 2. Tomando
en cuenta que los artículos para cocinar
actualmente son en su mayoría de aluminio,
dado su bajo costo y facilidad de producción,
es necesario que la comunidad adquiera
nuevos artículos, ya que el aluminio no es
un material ferromagnético y por lo tanto
no se calentará en las cocinas de inducción.
Por lo tanto, en este proyecto proponemos
aplicar solo una delgada capa de un material
ferromagnético sobre los artículos de
aluminio (sobre la base) para lograr el
calentamiento por inducción.
Estudios preliminares de los autores
han estado encaminados a determinar
un espesor eficiente de la capa de
recubrimiento a depositar. El costo de
la solución dependerá de la cantidad de
material depositado y por tanto del tiempo
Los 10 mejores proyectos / 131
de operación del equipo de termorociado,
lo que involucra consumibles (gas, oxígeno,
aire comprimido, etc) y materias primas
(material de alimentación). El software de
simulación de multifísica COMSOL ha sido
utilizado para auscultar el calentamiento
inicial de una placa de acero sometida a
una densidad de corriente y frecuencia
típica de cocinas de inducción. En la Figura
3 se observa la variación de la temperatura
promedio en el recubrimiento en función
del tiempo, considerando varios espesores.
A medida que el espesor aumenta la
temperatura máxima lograda en la capa es
menor y el tiempo en llegar a la temperatura
estable es mayor. En el inserto se ilustra la
distribución de temperatura al término de
300 segundos, con un espesor de 0,3 mm.
Temperatura (K) vs tiempo (s)
700
650
600
Temperatura (K)
550
500
450
400
350
300
250
0
50
100
150
tiempo (s)
200
250
300
Figura 3. Respuesta a la inducción de una capa de recubrimiento de acero inoxidable. Se observa el comportamiento
de la temperatura promedio en función del tiempo, luego de activar el flujo de corriente sobre el conductor de la
hornilla. Se muestra el comportamiento de capas de diferente espesor. La temperatura adopta una distribución
como se observa en el inserto de la derecha (caso de espesor 0.3 mm después de 300 segundos).
Tomando en cuenta los estudios realizados
hasta el momento, la tendencia de acuerdo
a la Figura 3 justifica optar por el mínimo
espesor posible que se pueda aplicar con la
máquina de termorociado, ya que esto nos
132 / PREMIO ODEBRECTH 2014
permitiría alcanzar mayores temperaturas
en menor tiempo, y de la misma manera
se reducirían costos de material de
recubrimiento y costos de producción.
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
Sin embargo, se debe tomar en cuenta que en
la práctica, las cocinas de inducción poseen
sensores para determinar justamente la
presencia de artículos de cocina de inducción
sobre la estufa, lo cual permite que estas
cocinas se apaguen en el caso de que no
se encuentren este tipo de artículos sobre
ellas. Los sensores descritos anteriormente
trabajan midiendo la corriente que entra y
sale de la hornilla de la cocina de inducción,
es decir, cuando la corriente que entra y sale
de la cocina es la misma, el sensor interpreta
que no existe un objeto ferromagnético
sobre ella, en cambio, cuando el sensor
detecta una caída de corriente a la salida
de la cocina lo interpreta como que sí existe
un artículo ferromagnético sobre ella y la
mantiene encendida.
Esta forma de detección tiene sentido
debido a que al momento en que el circuito
inductor (la cocina) induce corrientes
parásitas en el circuito inducido (artículo
de cocina de material ferromagnético)
se produce una variación de corriente en
el primer circuito y esa variación mide el
sensor para determinar la presencia o
ausencia de artículos de cocina. Debido
a la presencia de estos sensores es
necesario que la cantidad de recubrimiento
ferromagnético que se va aplicar sobre
los artículos de cocina tenga el espesor
suficiente para producir una variación de la
corriente en el circuito que sea medible por
los sensores. Es por esta razón que se debe
encontrar un espesor mínimo necesario
que otorgue un equilibrio entre eficacia y
eficiencia, por un lado del recubrimiento, y
por el otro que sea funcional aplicarlo.
Es importante también tomar en cuenta
que el recubrimiento que se utilice debe
ser de un material que no se oxide y no se
corroa fácilmente debido a que puede estar
expuesto a agua y minerales (por ejemplo,
sal) rutinariamente. Para prevenir estos
defectos se puede aplicar el recubrimiento
de un solo material ferromagnético que
sea inoxidable o también se pueden
aplicar multicapas de material, alternando
entre materiales ferromagnéticos que no
sean inoxidables y materiales que sean
inoxidables pero no ferromagnéticos. Para
determinar el método de aplicación se debe
tomar en cuenta el costo de cada uno de
los materiales a utilizar con el fin de lograr
el mejor rendimiento entre costo-beneficio.
Al tomar en cuenta estos parámetros
iniciales, tanto físicos como funcionales, se
propone utilizar un espesor entre 0,3 mm y 1
mm que sea únicamente de acero inoxidable,
esto justamente como primera aproximación.
Al continuar con las simulaciones, pruebas
reales y realizar los estudios económicos, los
valores pueden variar en el futuro, así como
el proceso de recubrimiento (termorociado
por flama o por arco eléctrico) o el material
escogido para el recubrimiento (capa de
un solo material o multicapas, por ejemplo
acero bajo carbono con recubrimiento final
exterior de acero inoxidable).
Los 10 mejores proyectos / 133
Problemática a abordar
El cambio de la matriz energética en el
Ecuador ha llevado al cambio de cocinas de
gas a cocinas de inducción en los hogares.
El uso de los artículos de cocina actuales
(ollas, sartenes, etc.) se volverán obsoletos
debido a que sus componentes carecen de
elementos ferromagnéticos. Es por ello que
los hogares se verán obligados a adquirir
nuevos artículos de cocina que posean
materiales ferromagnéticos, incrementando
de esta manera el costo. Por lo tanto, es
necesario innovar en maneras de reducir
este costo; una forma puede ser aplicar
recubrimientos ferromagnéticos a los
artículos de cocina actuales para lograr su
funcionamiento en las cocinas de inducción.
Una opción identificada es la de incrustar
una placa de acero en la base del utensilio
de aluminio, a fin de que éste produzca
la inducción. Esta es una opción válida y
relativamente económica, pero se limitaría
a la producción de nuevos utensilios y
al uso de maquinaria industrial capaz de
incrustar la placa de acero con una prensa
de alto tonelaje. No todos los productores
artesanales están en condiciones de
renovar sus procesos.
La opción del recubrimiento por
termorociado es más versátil dado que
permite
re-manufacturar
utensilios,
producir utensilios en distintos tamaños y
formas (en el caso de incrustar una placa,
134 / PREMIO ODEBRECTH 2014
se necesitaría una matriz para cada diseño
de olla), e inclusive abre la opción de diseñar
recubrimientos con formas variadas, que
podrían usarse como decoración. El proceso
del termorociado es un proceso tecnológico
sencillo y fácil de implementar, puede
considerarse comparable a un proceso
de soldadura tradicional. Este proceso lo
podría realizar un taller metalmecánico
o implementarse en las empresas de
producción de utensilios.
Metodología y Herramientas
Debido a que la idea que se propone en
este proyecto es nueva y única no se tienen
referencias a partir de las cuales se pueda
reproducir una experiencia pasada o con
la cual se pueda tener un punto de partida.
Es por esta razón que la metodología que
se va a utilizar es propia del grupo y toma
en cuenta los requisitos necesarios que se
deben cumplir para que el proyecto funcione
tanto en la teoría como en la práctica.
El primer paso ejecutado en este proyecto
fue la revisión bibliográfica acerca de los
principios físicos y la elaboración de cocinas
de inducción para entender el principio de
inducción magnética y el funcionamiento
de las cocinas.
A continuación se realizó una experimentación
exploratoria para percibir directamente cómo
funciona el calentamiento por inducción, medir
temperaturas de calentamiento, tiempos e
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
inspeccionar los artículos de inducción que se
utilizan actualmente. Luego de esto, se realizó
un prototipo del artículo de cocina de inducción
aplicando el recubrimiento ferromagnético
(muestra de sartén con recubrimiento de
acero inoxidable- ver Figura 4) para validar el
principio físico de la idea propuesta.
Una vez que se ha validado el principio
físico se procedió a investigar acerca del
alcance comercial de la idea-proyecto e
inmediatamente después se inició con
la optimización del proceso mediante
simulaciones computacionales para lograr
obtener el producto más económicamente
rentable que se pueda. Dentro de estas
simulaciones se procede a investigar
los espesores óptimos necesarios del
recubrimiento y el método de aplicación
que resulte más rentable.
Como siguiente etapa se procederá a
realizar pruebas reales con los espesores
que mejor desempeño hayan logrado en las
Figura 4. La figura muestra utensilios de cocina hechos de aluminio como materia prima: (arriba-derecha)
se muestra una olla con inserto de acero inoxidable en la base para producir la inducción, (arriba-izquierda) se
muestra el acabado superficial de la base de una olla de aluminio sin inserto; (abajo-derecha) se observa la
prueba exploratorio de depósito de un recubrimiento de acero inoxidable por termorociado; y (abajo-izquierda) se
muestra el recubrimiento sobre la base de una sartén.
Los 10 mejores proyectos / 135
simulaciones para verificar que en realidad
funcionen correctamente. Haciendo uso
de las probetas utilizadas anteriormente,
se verificará el estado del material utilizado
como recubrimiento, por ejemplo: espesor,
metalografía y adherencia. Después de haber
determinado que el material que se va a aplicar
funciona correctamente y cumple con los
parámetros necesarios de funcionamiento,
se realizará un análisis de costos general al
proceso para determinar su viabilidad en la
industria. Finalmente se procede a realizar
pruebas de campo y transferencia de
tecnología para obtener el mejor proceso
posible y económicamente más rentable.
Soluciones propuestas
Principalmente, lo que se desea en
este proyecto es viabilizar el cambio de
utensilios de cocina de aluminio a utensilios
de inducción de aluminio con una capa
delgada de recubrimiento ferromagnético.
El objetivo principal es bajar el costo de
los nuevos artículos de cocina que van a
usarse en las cocinas de inducción con el
fin de lograr el mínimo impacto económico
en las familias.
Por otro lado, el proyecto es atractivo desde
el punto de vista de producción ya que se
evitaría utilizar grandes placas de acero
inoxidable o hierro y simplemente aplicar
capas (en micras) de este material pero con
el objetivo de obtener resultados similares
gastando menos dinero y material.
136 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Si bien los procesos de fabricación de
artículos de inducción ya están patentados
y existe gran cantidad de información
sobre ellos, y así mismo el proceso de
termorociado ya es utilizado en la industria,
la aplicación a la cual se orienta la idea en
este proyecto no tiene una patente previa
por lo que es única e inclusive patentable
(existe una patente relacionada-ver
bibliografía, pero no utiliza la tecnología
propuesta en este proyecto).
Además, se debe considerar que este
método de fabricación es sustentable por el
poco impacto económico que representa y
sus bajos costos. Inclusive reduce la huella
de carbono dado que no es un proceso de
reciclaje (el cual conlleva un alto consumo
energético y provoca polución) que sería
necesario para las millones de ollas de
aluminio obsoletas. Por lo tanto, el método
se basa en reutilizar los artículos que
actualmente ya se están utilizando en los
hogares, con lo cual no se necesita producir
(o no necesariamente) nuevos artículos y
se reduce la huella de carbono que tendría
la fabricación de estos artículos.
Viabilidad
Este proyecto es económicamente viable
dado que los nuevos artículos de cocina
para las cocinas de inducción serán
bastante más caros que los existentes
actualmente en el mercado. Por lo tanto,
si se ofrece una opción económicamente
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
más conveniente es muy probable que
la gente de mediano y bajos ingresos
tome en cuenta esta alternativa. Además
de esto, el hecho de que el subsidio al
gas desaparezca provocará que todas las
familias deban a corto o mediano plazo
cambiarse a cocinas de inducción, por lo
que de una u otra manera las familias van a
tener que comprar los nuevos artículos de
cocina o utilizar nuestra propuesta.
Es importante tomar en cuenta que este
proyecto no solo beneficia al consumidor
reduciendo el precio de los artículos,
sino que también, puede interesar a los
productores artesanales de ollas y sartenes
dado que el método de producción
propuesto anteriormente no necesita de
gran maquinaria ni que sea costosa, que
es justamente la que están utilizando
las grandes empresas de conformado/
troquelado para fabricar los artículos de
inducción. Simplemente se necesita de una
máquina de termorociado que es mucho
más fácil de adquirir y de montar. Este
método de fabricación al ser más barato
que el convencional ayudaría a que los
productores artesanales puedan producir
estos artículos de una manera más barata y
se vuelvan competitivos en el mercado.
Ambientalmente nuestra propuesta también
es interesante, dado que el proyecto se
basa en utilizar finas capas de material
ferromagnético, en el orden de micras, y no
grandes placas de este mismo material.
Conclusiones
Se puede apreciar que el método de
recubrimiento para lograr combinar los
artículos de cocina de aluminio existentes
con finas capas de acero inoxidable o hierro,
en función de permitir el calentamiento por
inducción, es económicamente viable dada
la implementación actual de cocinas de
inducción en los hogares ecuatorianos. El
método explicado anteriormente también
muestra un alto grado de desarrollo ingenieril
por lo cual su implementación es confiable,
funcional y real, y no solo teórica.
Este procedimiento no solo beneficiará a las
familias, sino que también a los productores
artesanales de cocinas y ollas, ya que
podrán seguir fabricándolas a bajo costo y
permitirá mayor competencia en el mercado,
lo cual a la final beneficia directamente a
los consumidores. Desde el punto de vista
ambiental también se vuelve atractivo dado
que en vez de fabricar nuevos artículos
de cocina se puede utilizar los existentes,
disminuyendo la huella de carbono.
Consideraciones finales
El proyecto se enmarca dentro del proyecto
marco de Re-manufactura de componentes,
para el salvataje de componentes que
por falta de adecuada tecnología son
desechados, por ejemplo: blocks de motor,
herramientas de perforación de pozos
petroleros, etc.
Los 10 mejores proyectos / 137
Referencias Bibliográficas
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(2010). México. 5th ed., Mc Graw Hill.
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138 / PREMIO ODEBRECTH 2014
RE-MANUFACTURA SUSTENTABLE
DE UTENSILIOS PARA COCINAS DE
INDUCCIÓN CON RECUBRIMIENTOS
FERROMAGNÉTICOS
Madhudsoodanan, K. Finite element simulation of Induction heating
of a tubular geometry. (2012). Internet http://www.comsol.com/
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Imura Mamoru. Induction cookware with ferromagnetic coating and
coating method. Patente. WO 2006050490 A3. 2005.
Los 10 mejores proyectos / 139
DISEÑO DEL PROCESO PARA ELABORAR
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
PAPEL A PARTIR DEL RESIDUO FIBROSO
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
GENERADO EN LA EXTRACCIÓN DE
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE LAS
ACEITE DE PALMA AFRICANA,
COMUNIDADES RURALES DEL
UTILIZANDO FUNDAMENTALMENTE A
LITORAL ECUATORIANO
LA PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA
AUTOR
AUTORA
ORIENTADOR
ORIENTADOR
Roberto Belén
AnibalLópez
AntonTorres
Sánchez
Carolina
JuanAna
Manuel
Cevallos, PhD
Ing.
LuciaCevallos
Rodríguez
Escuela Superior
Politécnica
del Litoral
Universidad
Particular
Internacional
SEK
E
l Ecuador es uno de los países megadiversos del mundo, pero a
pesar de la alta variedad en recursos disponibles existen alrededor
de 5 millones de personas en estado de pobreza y casi el 10%
de la población no cuenta con una vivienda construida de materiales
firmes como ladrillo u hormigón. Para la construcción de viviendas
firmes se necesitan materiales de construcción muy costosos y que
causan un impacto negativo en el medio ambiente. Las propiedades de
capacidad de carga estructural de una vivienda dependen en gran parte
del contenido de cemento, ya que a mayor cantidad de cemento más
resistente será la construcción, pero los costos y el impacto negativo al
medio ambiente será también mayor. Para aumentar la resistencia de
las construcciones y reducir el uso de materiales costosos se suelen
emplear minerales a base de calcio. Sin embargo, la producción de
estos minerales es costosa y produce también impactos negativos en
el medio ambiente.
Como parte de este proyecto, hemos evaluado microorganismos de
los suelos de una zona rural de la costa ecuatoriana y su capacidad de
producir carbonatos de calcio de alta calidad, que al ser introducidos
en la mezcla de hormigón lograron aumentar la resistencia del mismo
en un 24% al precipitar carbonatos de calcio en los poros del cemento
hidratado utilizando el CO2 ambiental. Por lo tanto, el uso sostenible de
este recurso biológico contribuiría con el desarrollo socioeconómico y
protección ambiental de las zonas rurales. Para volver la idea realidad, se
desarrolló un modelo sustentable basado en la producción de aditivos
biológicos en las zonas rurales. Esto tuvo como meta el desarrollo de
las comunidades y la reducción del impacto ambiental debido a la
disminución del consumo de cemento y del CO2 atmosférico.
Compilación de los mejores proyectos / 141
Objetivo General
Aportar al desarrollo sostenible de las
comunidades rurales del litoral ecuatoriano
mediante el aprovechamiento de sus
recursos biológicos para la construcción de
viviendas.
Objetivos Específicos
• Eje socioeconómico.- Contribuir al desarrollo
de las zonas rurales del litoral ecuatoriano
mediante el aprovechamiento de sus
recursos biológicos y la elaboración sostenible
de viviendas de alta calidad y bajo precio.
Capacitar a las comunidades rurales para la
formación de microempresas dedicadas a la
producción sostenible de aditivos biológicos
para su uso en construcción.
• Eje Inclusión.- Contribuir a una mayor
inclusión de la familia en las comunidades
rurales mediante la ejecución de
capacitaciones en temas relacionados con
sostenibilidad, medio ambiente y vivienda.
Fomentar una interacción entre las
comunidades rurales y las universidades o
centro de investigación para la solución de
problemas relacionados con el desarrollo.
• Eje Ambiental.- Diseñar un proceso de
aprovechamiento de recursos biológicos
y elaboración sostenible de viviendas que
reduzca las emisiones de calor y de CO2,
además de reducir el consumo de materiales
sin afectar la calidad de las viviendas.
142 / PREMIO ODEBRECTH 2014
• Eje Innovación.- Combinar varias ramas
de la ciencia para el aprovechamiento
sostenible de recursos biológicos para el
diseño de procesos que se catalogan como
amigables con el medio ambiente, siendo
transferibles a cualquier ubicación donde
se vaya a construir.
• Eje Prosperidad.- Diseñar un método
de autofinanciamiento para que las
comunidades puedan convertirse en
microempresarios en la rama de desarrollo
sostenible de productos para viviendas y
construcción.
• Eje Habilidad.- Desarrollo de mayores
resistencias a la compresión del concreto
a través de reducción de agua y agregando
un aditivo biológico sostenible.
Alcance
El proyecto está dirigido a contribuir al
desarrollo sostenible de comunidades que
presentan un déficit de viviendas de calidad,
además de sus bajos recursos económicos.
El proyecto tiene un enfoque en las zonas
rurales de la región litoral del Ecuador. Se
estima que alrededor de 5 millones de
ecuatorianos viven en condiciones de
pobreza y casi el 10% no cuenta con una
vivienda adecuada. Además, las altas
temperaturas y niveles de humedad de
la zona son causantes de deterioro de las
viviendas de las comunidades rurales. Sin
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
embargo, las condiciones ambientales
de dichas zonas rurales facilitan la alta
diversidad de microorganismos y la
presencia de bacterias precipitadoras
de carbonato de calcio de alta calidad e
inocuas para los seres humanos. Gracias al
hecho que los componentes biológicos del
aditivo pueden ser aislados, mantenidos,
multiplicados (siempre y cuando se reúnan
las condiciones necesarias) y usados,
el proyecto puede ser transferido con
mínimos requerimientos a gente de áreas
rurales con altos niveles de pobreza.
Fundamento Teórico
Los materiales de construcción utilizados
para viviendas y otros tipos de obras civiles
consisten en una mezcla de materias primas
que proveen características de resistencia a
la mezcla final, como en el caso del hormigón.
Sin embargo, la presencia de minerales a
base de calcio puede aumentar la resistencia
de las mezclas de hormigón y reducir el uso
de las materias primas costosas. Por lo tanto,
el fundamento teórico de este proyecto se
basa en los procesos propios del hormigón y
de mineralización respectivamente.
Hormigón
El hormigón es un material artificial de
origen pétreo obtenido de la mezcla en
proporciones determinadas de cemento,
agregados, agua, y en algunos casos,
adiciones y/o aditivos. Una vez combinados,
el hormigón entra en su primer estado
de agregación de la materia: un estado
de transición entre líquido a sólido que
depende de la proporción de cada uno de los
componentes según el diseño de la mezcla.
Conforme pasa el tiempo, el concreto
entra al segundo estado de agregación
de la materia: el estado sólido, donde la
capacidad de soportar cargas a compresión
axial, flexión, cortante, entre otras, aumenta
conforme incremente la edad de solidez. El
proceso de hidratación del concreto influye
en la capacidad de soportar estas cargas. El
intercambio de agua dentro del hormigón
con el agua en el ambiente juega un gran
papel en este proceso. Aquí es donde
entran las acciones de curado del hormigón,
donde se proporciona agua al hormigón una
vez endurecido para que no pierda el agua
que se ha dosificado.
El curado es la acción de mantener el
contenido de humedad y temperatura del
hormigón en un rango de calidad que debe
variar desde aceptable hasta excelente.
Si estos dos parámetros no están en
este rango el hormigón bajará su calidad,
ocasionando una disminución de sus
propiedades físico-químicas. El objetivo del
curado se concentra en la pérdida de agua
que interviene en la relación agua/cemento
usada en el diseño de mezclas. Esta pérdida
ocurre por varios factores: alta velocidad
del viento, baja temperatura del aire, alta
temperatura del hormigón, baja humedad
relativa, entre otros.
Los 10 mejores proyectos / 143
Biomineralización
La mineralización de las mezclas de
hormigón puede aumentar la resistencia
de dicho material y reducir el uso
de las materias primas costosas. La
mineralización se la puede realizar
mediante el uso de aditivos químicos,
aunque recientemente el concepto de
mineralización biológica está siendo
explorado. La biomineralización es un
proceso inducido de manera biológica,
en donde se crea un medio ambiente
microscópico que permite obtener una
precipitación química óptima de fases
minerales, lo cual favorece a la protección y
consolidado de materiales de construcción.
La calcificación y polimerización suceden
comúnmente en la naturaleza, como por
ejemplo en los arrecifes de coral. Los
microorganismos depositan cristales de
carbonato de calcio, los cuales unen las
partículas de sustrato y de esta manera
reducen la porosidad dentro de estas
partículas, aumentando así su resistencia.
Además, la precipitación biológica inducida
de carbonato de calcio posee enorme
potencial para aplicaciones ambientales,
como fijación del CO2 atmosférico a través
de formación y litificación de sedimentos
de carbonato y precipitación de dolomita,
y captura de contaminantes inorgánicos.
Por lo tanto, el uso de microorganismos
biomineralizantes podría contribuir al
aumento de la resistencia de los materiales
de construcción, una disminución en el uso
144 / PREMIO ODEBRECTH 2014
de las materias primas y la reducción de los
niveles de CO2 del medio ambiente.
Ecuador ha sido recientemente declarado
como un país megadiverso. Debido a sus
condiciones ambientales, el Ecuador cuenta
con especies de microorganismos únicos
de su hábitat. Por lo tanto, el Ecuador posee
microorganismos biomineralizantes como
parte de sus recursos naturales que no se
encuentran en otras partes del mundo.
Problemática a abordar
Según los últimos censos, existe un gran
porcentaje de familias en comunidades
rurales que no tienen una vivienda
propia, sólida y firme y que mantienen
a sus familias en viviendas tipo chozas.
Incluso, a nivel nacional, casi el 10% de las
viviendas son del tipo rancho, covachas
o chozas. Esto causa diversos tipos de
problemáticas de índole económica,
energética, ambiental y social.
Problemática económica
En el Ecuador, alrededor de 5 millones de
personas viven en condiciones de pobreza.
La mayoría de estas personas se encuentran
en las zonas rurales del país, especialmente
de la costa ecuatoriana. La pobreza trae
como consecuencia problemas más
graves en salud, nutrición y educación. Los
conceptos de producción y productividad en
la actualidad, pueden tener consecuencias
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
negativas para las comunidades y casi
siempre favorecen a quienes tienen mayor
ingreso económico. Mientras más alto
sea el ingreso económico de un individuo,
mayor es su capacidad para producir.
Esto desfavorece a las comunidades
rurales, quienes muy difícilmente podrán
alguna vez emprender un negocio propio
aprovechando sus recursos. Asimismo,
las zonas rurales tienen un número muy
limitado de opciones de ingreso económico,
casi siempre basados en prácticas
agrícolas con ganancias muy reducidas. Sin
embargo, el acceso a zonas rurales de alta
diversidad de recursos puede representar
una alternativa para aumentar los ingresos
dichas comunidades.
Los materiales que son utilizados en
la construcción poseen un alto valor
económico que impide que las comunidades
en áreas rurales con altos niveles de pobreza
accedan a la compra de estos materiales,
y por consiguiente, a tener una vivienda
digna. Además, las pocas familias que con
esfuerzo pueden acceder a la compra de
estos materiales, no pueden luego incurrir
en los costos de reparación de grietas
formadas por asentamientos o temblores.
Existen en estudio varias opciones para
reducir el consumo de materiales de
construcción, sin embargo, en el esquema
de construcción actual estos medios no se
consideran a escala global debido a su baja
sostenibilidad, alto impacto ambiental y a la
dificultad de tener a la mano materiales de
reemplazo con bajo valor económico.
Problemática ambiental
El medio ambiente es uno de los principales
afectados en la mayoría de los sistemas
de producción. En la fabricación y uso
de viviendas, el aumento del consumo
de energía, consumo de materiales y
emisiones de CO2, afectan de manera
negativa al medio ambiente. La emisión de
CO2 es una de las principales causas del
efecto invernadero o calentamiento global
que afecta a todos los ecosistemas de
nuestro planeta. La inclusión de un proceso
que reduzca los niveles de CO2 ambiental
es importante en el desarrollo de cualquier
proyecto de sostenibilidad.
Ecuador posee cuatro regiones con
condiciones geográficas y climáticas
distintas. En las regiones más calurosas
es imprescindible el consumo de energía
eléctrica por motivo de mitigar el aumento
de temperatura dentro de las viviendas
a través del uso de ventiladores o aires
acondicionados. Dentro del diseño de
vivienda se considera este factor y por ende se
requiere conseguir materiales de construcción
que ayuden a regular la temperatura de las
residencias o edificaciones y así, disminuir el
consumo energético.
En el caso de existir asentamientos o algún
tipo de grietas ocasionadas por sismos,
Los 10 mejores proyectos / 145
su reparación es costosa. Los productos
usados en la actualidad para reparar
estas grietas son procesados en fábricas
con químicos, los cuales producen un
excedente contaminante. Son necesarios
métodos de reparación de grietas que
sean amigables con el medio ambiente,
donde los resultados sean beneficiosos
tanto económica como ambientalmente.
La obtención de cemento y agregados
dependen de la explotación de canteras
para la obtención de caliza, basalto, granito,
entre otros minerales, que contribuyen
a la capacidad de carga del concreto.
Se requiere reducir la explotación para
disminuir la pérdida de hectáreas de fauna
en las canteras.
Problemática social
El desarrollo de las comunidades depende
en gran medida de los ingresos que
obtengan. La falta de ingresos es uno de
los principales causales de problemas más
graves, como falta de salud, nutrición y
educación. Las familias de las zonas rurales
no poseen actividades fijas que produzcan
ingresos constantes y con eso poder cubrir
sus necesidades básicas.
Asimismo, se evidencia en gran medida
una falta de inclusión de las comunidades
rurales en el sistema de investigación y
desarrollo de las universidades, quienes
muchas veces se dedican a realizar
146 / PREMIO ODEBRECTH 2014
estudios con poco grado de aplicabilidad en
las comunidades.
Metodología y Herramientas
Metodología
La metodología propuesta consiste
en capacitaciones a las comunidades
rurales, producción sostenible de recursos
biológicos, y comercialización de los
mismos en forma de producto.
Para este proyecto la metodología y
herramientas a utilizar se dividen en dos:
escala de laboratorio y escala de campo. Los
métodos de escala laboratorio solo deben
ser realizados al iniciar el proyecto mediante
acuerdos o convenios con universidades
o centros de investigación, para lo cual, los
miembros de las comunidades deberán
enviar sus muestras a las universidades que
puedan realizar el análisis de forma gratuita o
a menor costo. Luego de esto, los métodos
a escala de campo serán implementados
continuamente en cada una de las
comunidades rurales. Por lo tanto, estos
métodos serán los de menor costo y de fácil
aplicación. Entre las metodologías tenemos:
Escala de laboratorio (solo al inicio del
proyecto):
Se lo realizará con ayuda de las
universidades o centros de investigación.
Esta etapa es de bajo costo, por lo que se
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
lo puede hacer de forma gratuita como
servicio a las comunidades. Consiste en:
cantidad de nutrientes que permiten la
producción masiva de microorganismos.
• Método de muestreo ambiental: Se
toman muestras de los suelos rurales de
poca afluencia o presencia del hombre.
Cada muestra será pesada y mezclada
con medios de cultivo que proveen los
nutrientes necesarios.
• Método de empaque y comercialización:
El empaque se lo podrá realizar en botellas
plásticas recicladas.
• Método de aislamiento: Luego se aislarán
los micoorganismos y se transferirán a
otro medio de cultivo especializado que
permita observar la formación de cristales
de carbonato de calcio.
• Método de bioprospección: Finalmente,
se seleccionarán las cepas con mayor
producción de cristales de carbonato de
calcio para la elaboración de diferentes
tipos de morteros para hormigón. Las
mezclas serán sometidas a pruebas de
resistencia a la compresión y de porosidad
de estos materiales.
Escala de campo (ejecución continua en
zonas rurales):
• Método de producción sostenible:
Los microorganismos productores de
carbonato de calcio, identificados a nivel
de laboratorio, serán multiplicados en
tanques plásticos de 500L utilizando
desechos agrícolas esterilizados como
estiércol, residuos de plantas, cenizas, etc.
Los desechos agrícolas poseen una alta
Herramientas
A nivel de laboratorio la observación de
biomineralización se efectúa mediante el
uso de un microscopio. La resistencia a la
compresión se evalúa gracias a la máquina
de resistencia a la compresión descrita en
la norma ASTM C 109 para especímenes de
mortero y ASTM C 39 para especímenes
de concreto. La porosidad de las muestras
se analizada mediante pesajes en balanza
electrónica.
Soluciones propuestas
En base a todo el conjunto de problemáticas
expuestas anteriormente, se propone la
creación de microempresas formadas
por comunidades rurales de la costa
ecuatoriana para realizar la producción
de aditivos biológicos, cuyo núcleo son
microorganismos vivientes que precipitan
cristales de carbonato de calcio, reduciendo
la porosidad microscópica del cemento y
aumentando así su resistencia.
Como parte de este proyecto estos
microorganismos se han encontrado en
las zonas rurales de la costa ecuatoriana,
Los 10 mejores proyectos / 147
donde se presentan las condiciones
ambientales propicias para su crecimiento.
Debido a su naturaleza biológica los
microorganismos se multiplican por sí
mismo si tienen los nutrientes necesarios,
lo que garantiza la sostenibilidad de la
producción de los mismos. El ecosistema de
donde se extraen dichos microorganismos
no se verá afectado, ya que el muestreo
del ecosistema solo se realizará una vez
al inicio de la producción, luego de lo
cual los niveles de microorganismos se
restablecerán por sí mismos.
Las soluciones propuestas se dividen en las
siguientes etapas:
• Capacitación a las comunidades
rurales en temas técnicos, ambientales
y administrativos: Se les enseñará
los métodos de multiplicación de
microorganismos utilizando desechos
agrícolas esterilizados y tanques plásticos.
Asimismo, se les enseñará conceptos
básicos de administración y microempresas.
• Producción y monitoreo: Las comunidades
empezarán la producción, el control de calidad
y la comercialización de sus productos.
FASE 1:
Muestreo
FASE 2:
Aislamiento
FASE 3:
Bioprospección
Elaboración
de trampas
Preparación de
medio de cultivo
Preparación de
medio de cultivo con
fuente de calcio
Colocación de
trampas en suelo
húmedo
Siembra de
microorganismos
sobre medio de
cultivo
Siembra de
microorganismos
sobre medio de cultivo
Recolección de
muestras de suelo
dentro de trampas
Análisis de
muestras de suelo
Siga a
Fase 2
Preservación de
microorganismos en
temperatura adecuada
Preservación de
microorganismos
en temperatura
adecuada
¿Muestra
contaminada?
Observación de
microorganismos en
microscopio
Si
Aislamiento de cepa
y sembrar de nuevo
No
Siga a fase 3
Selección de
microorganismos que
producen cristales
Preservación de
microorganismos por
refrigeración
Producto final:
Aditivo biológico
Figura 1. Diagrama de flujo de elaboración del aditivo biológico
148 / PREMIO ODEBRECTH 2014
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
El proyecto está destinado a dar las
siguientes soluciones dentro del marco de
la sostenibilidad:
Solución a la problemática económica
La producción y venta de aditivo biológico
se puede efectuar mediante el sistema
de microcréditos locales, explicado en el
siguiente esquema:
Fase 1:
Capacitación
teórica
Fase 2:
Capacitación
práctica
Fase 3:
Capacitación
administrativa
Capacitación
a la comunidad
Monitoreo de
fases
Solicitud de
microcrédito por
comunidad
Fase 1:
Muestreo
Producción del
aditivo
Fase 2:
Aislamiento
Fase 3:
Bioprospección
Monitoreo de
fases
Producto final
Comercialización del
producto
Ingreso económico
Reinversión
Ganancia de
comunidad
Devolución del
prestamo
Figura 2. Diagrama de flujo de solución propuesta
La rama vertical (color gris) es la rama
de procesos principales, compuesta
de los productos más importantes del
proceso productivo, desde su origen en la
capacitación de personal, hasta la venta del
producto y posterior ingreso económico.
Las ramas laterales (color blanco)
comprenden fases internas de los procesos
Los 10 mejores proyectos / 149
encarga de mantener la inclusión social y el
manejo ambiental.
principales. Cada fase tendrá un monitoreo
realizado por uno o varios profesionales
que se encargan de revisar que cada fase
se realice de manera adecuada, llevando un
riguroso control de calidad.
El proyecto está centrado en el uso de
materiales renovables, amigables con
el medio ambiente y de bajo costo que
puedan ser usados en la construcción,
reemplazando componentes de mayor
valor económico cuyo uso esté causando
perjuicios al ecosistema, de manera que al
tener determinado el contenido óptimo de
estos materiales renovables, el beneficio
económico será la reducción de costo del
proceso constructivo de la vivienda.
La rama inferior horizontal (color rojo)
es la rama de beneficios adquiridos,
compuesta por la ganancia adquirida para
el personal, devolución del préstamo para el
microcrédito y la inversión en mejora de los
procesos principales.
El sistema no será lineal, sino más bien
cíclico, porque a través de la reinversión
todo regresa a la capacitación de más
comunidades que solicitarán microcréditos;
además de que el personal y los ingresos
irán aumentando conforme termine cada
ciclo. Cada una de las ramas del proceso se
Gracias a la experimentación realizada,
el aditivo biológico ha demostrado que
ayudará a disminuir el consumo de cemento,
mientras que la resistencia a la compresión
aumenta en un 24%.
Tabla 1.
Resultados de pruebas de aplicaciones con aditivo biológico
Mortero
7
Agua
Absorción de
Agua(gr) ~
Porosidad/
Aislamiento
Térmico/
Sellado de Fisuras
2,7
Mortero + aditivo
Mortero
Mortero
7
14
14
Agua
Agua
Aditivo
2,02
1,51
1,37
233
300
345
Mortero + aditivo
Mortero + fibra de
caña guadua
Mortero + fibra de
caña guadua
+ aditivo
Cal + ceniza de
cáscara de arroz +
fibra de caña guadua
Cal + ceniza de
cáscara de arroz +
fibra de caña
guadua + aditivo
14
Aditivo
1,41
372
7
Agua
4,34
80
7
Agua
3,64
94
7
Agua
8,68
61
Aplicaciones
sometidas
a prueba
Rotura
(días)
7
150 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Tipo de
curado
Agua
7,77
Fc [kg/cm2]
200
71
Efectividad
Reducción
de Vacíos
Efectividad
Resistencia
33,66%
16,50%
10,22%
15,00%
7,09%
24,00%
19,23%
17,50%
11,71%
16,39%
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
compuestos por una cantidad disminuida
de cemento, o combinación de suelo, caña
guadua y agregados reciclados. No solo
se tendrá un material eco-amigable, sino
que también se tendrá un material capaz
de aislar el calor dentro de una vivienda,
reduciendo de esta manera la necesidad de
consumir energía para regular el calor.
Figura 3. Experimentación con diversos materiales de
construcción y curado de bacterias
Solución a la problemática ambiental
Asimismo, se usará este aditivo biológico
para reforzar el aporte que realizan
agregados ambientales (plástico reciclado,
madera de caña guadua, residuos de
concreto). Todo esto trae como ventajas
mayor ahorro de materiales de construcción
mientras se cuida el medio ambiente.
Se utilizará aditivos biológicos para poder
reemplazar cierta cantidad de cemento
necesario en la mezcla, se reemplazará los
bloques de piedra pómez por bloques ecoamigables que contengan este aditivo para
reforzar su capacidad, e inclusive se lo utilizará
para reparar grietas de edificaciones. De esta
manera se usará un producto natural para
reemplazar productos o procesos de origen
químico donde intervengan contaminantes
sólidos, líquidos o atmosféricos, reduciendo
la generación de estos.
Solución a la problemática energética
Se reducirá la porosidad de los materiales
de construcción mediante el uso de aditivos
biológicos, dentro de la mezcla y usándolo
dentro del agua de curado. Al realizar un curado
adecuado del material no solo contribuirá a la
resistencia del material, sino que, al tratarse de
bacterias que tienen nutrientes disponibles, se
creará una bio-capa que, junto con la porosidad
disminuida podrá aportar a la capacidad de
aislamiento térmico que posee el material.
Es por esta razón que se recomienda
también como solución, la aplicación
de aditivos biológicos en la fabricación
casera de bloques para la construcción
Otra de las ventajas del uso del aditivo
biológico es que usará la energía solar a
través de la fotosíntesis para convertir
el dióxido de carbono en carbonato de
calcio recalcitrante. De esta manera se
puede capturar el dióxido de carbono,
contribuyendo al medio ambiente.
Solución a la problemática social
Gracias a que va de la mano con el enfoque
económico y ambiental, se producirá
Los 10 mejores proyectos / 151
un ingreso económico constante para
una comunidad rural con altos niveles
de pobreza. Al incrementar el desarrollo
económico se dará la posibilidad de
incrementar el desarrollo social, erradicando
factores como la exclusión.
Todo esto se realizará a través de un proceso,
empezando por la motivación social
dentro de todas las fases de capacitación,
dando paso a la creación de programas
de beneficios educacionales y sociales
para la comunidad, y finalizando en una
concientización ambiental de la comunidad,
siempre aportando a la inclusión social.
Finalmente, se establecerá un vínculo fuerte
entre las universidades y las comunidades
rurales. Las universidades se beneficiarán
de los resultados de investigación que se
traducirán en reportes científicos que ayudan
al desarrollo sostenible de las comunidades.
Viabilidad
Esta propuesta es viable ya que los resultados
obtenidos como parte de este proyecto
demuestran un aumento en la resistencia
del hormigón de un 24%, utilizando los
microorganismos de las zonas rurales de
la costa ecuatoriana (Tabla 1). Utilizando
un microscopio se observó también la
formación de cristales de carbonato de
calcio, lo cual indica que se consumió CO2
del ambiente durante el proceso. Los
microorganismos son abundantes en la
152 / PREMIO ODEBRECTH 2014
naturaleza, en especial en Ecuador, país
donde hay una enorme diversidad de
especies. Por ende, la producción masiva
sustentable y ambientalmente amigable de
bacterias calcificantes es posible gracias a la
capacitación de las comunidades y monitoreo
de todo el proceso por profesionales
con conocimientos de microbiología y
administración de negocios, donde se usa el
sistema de microcrédito por comunidades.
El producto no solo ha demostrado
trabajar bien con el cemento, sino también
con materiales amigables con el medio
ambiente, e incluso existe la posibilidad que
refuerce la capacidad estructural de bloques,
aplicación que fue motivo de investigación y
se demostró que efectivamente la bacteria
aporta en gran medida a la resistencia
de cemento, agregados naturales como
caña guadua e incluso sirve para realizar
bloques de construcción hechos tan solo
de suelo areno-arcilloso o residuos de caña
que trabajan como si fueran un bloque de
piedra pómez. Esto trae como beneficio
la reducción de costos de materiales de
construcción, específicamente cemento,
ya que puede reducir el consumo de este a
favor de mayor resistencia.
La producción de microorganismos
no tiene ninguna consecuencia con el
medio ambiente, porque se realiza de
manera natural al no realizar acciones
que perjudiquen el mismo suelo donde
se producirán las bacterias. Tampoco
USO SOSTENIBLE DE RECURSOS
BIOLÓGICOS PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE VIVIENDAS Y DESARROLLO DE
LAS COMUNIDADES RURALES DEL
LITORAL ECUATORIANO
tiene consecuencias negativas para las
comunidades rurales.
Conclusiones
El proceso de elaboración de aditivos
biológicos contribuye con la protección del
medio ambiente. Debido a que la fuente del
producto son microorganismos, el producto
demuestra ser renovable y amigable con el
medio ambiente.
El método propuesto para producir y
comercializar el aditivo biológico es cíclico
y no es lineal, por lo tanto da la oportunidad
de desarrollar los niveles económicos
de las comunidades más pobres, sobre
todo si el producto apunta a un área como
la construcción, donde siempre será
necesario el uso de aditivos.
El aditivo biológico demostró que puede
mejorar las propiedades físico-químicas
de los materiales de construcción, por lo
tanto resulta viable para reducir el consumo
de materiales que no sean renovables,
preservando así el medio ambiente, que es
afectado por la producción de materiales
de construcción cuya materia prima no sea
renovable y en donde intervengan químicos
contaminantes. Al desarrollar los programas de
capacitación y concientización ambiental, y al
proveer de beneficios a las comunidades más
pobres, se garantiza una inclusión y desarrollo
social que permita a las comunidades rurales
incrementar no solo su capacidad económica,
sino sus conocimientos de educación, temas
de vivienda, biodiversidad, ambiente, aditivos
biológicos, etc.
Las aplicaciones en construcción del aditivo
biológico son varias, ya sea para uso en suelos
y cemento, e incluso para poder ayudar a
reducir el consumo energético gracias a su
aporte de aislamiento térmico. Esto conecta
las diferentes ramas de sostenibilidad al
aportar no solo con la captura de carbono
o reduciendo el consumo eléctrico, sino
también a cuidar el medio ambiente y
contribuir al desarrollo socio-económico.
Consideraciones finales
El proyecto tiene una alta probabilidad
de éxito debido a que en las pruebas
preliminares se logró comprobar que
el aditivo biológico cumplió con los
requerimientos técnicos de incrementar
propiedades de materiales que sean
importantes para la construcción.
A pesar que la materia prima es renovable y
está disponible a la mano, las aplicaciones
como bloques con aditivo biológico deben ser
analizadas mediante un estudio económico
para determinar sus precios de venta. Debido
a las condiciones climáticas y de biodiversidad
a lo largo de la costa ecuatoriana, la factibilidad
de ejecución de este proyecto en la región
litoral es muy alta. La aplicabilidad de este
proyecto en las otras regiones ecuatorianas
debe ser evaluada por separado.
Los 10 mejores proyectos / 153
Referencias Bibliográficas
Instituto nacional de estadísticas y cencos INEC. Censos de vivienda.
http://www.ecuadorencifras.gob.ec/
Instituto nacional de estadísticas y cencos INEC. Estadísticas sociales.
http://www.ecuadorencifras.gob.ec/actividades-y-recursos-desalud/
Instituto nacional de estadísticas y cencos INEC. Estadísticas
económicas.
http://www.ecuadorencifras.gob.ec/censo-nacionaleconomico/
Neville, A. M. (2012). “Properties of concrete, 5th edition”. TransAtlantic Publications, Inc.
Sánchez de Guzmán, D. (2002). “Durabilidad y patología del concreto”.
Asocreto.
Dhami, Reddy and Mukherjee. (2012) “Biofilm and Microbial Applications
in Biomineralized Concrete”. Thapar University. Patiala, India.
154 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Los 10 mejores proyectos / 155
POTABILIZADOR
SOLAR
DE AGUA
DE
DISEÑO DEL PROCESO
PARA
ELABORAR
MAR,
APORTAR
A LA SEGURIDAD
PAPELPARA
A PARTIR
DEL RESIDUO
FIBROSO
ALIMENTARIA
SOCIALES
GENERADO EN DE
LA SECTORES
EXTRACCIÓN
DE
DE
BAJOS
QUE HABITAN EN
ACEITE
DERECURSOS
PALMA AFRICANA,
LAS
ZONAS COSTERAS
E INSULARESA
UTILIZANDO
FUNDAMENTALMENTE
DEL
ECUADOR MÁS LIMPIA
LA PRODUCCIÓN
AUTORA
AUTORES
ORIENTADOR
ORIENTADOR
Carolina
Belén
López
Torres
Ana
Gabriela
Tapia
Morales
José Luis Galarza Hidalgo
Ing. AnaGonzalo
Álvaro
Lucia Rodríguez
Xavier Aguinaga Barragán, PhD
Universidad
Particular
Internacional SEK
Escuela
Politécnica
Nacional
E
l agua cubre tres cuartas partes de la superficie terrestre. De
esa cantidad tan sólo un 2,5% es agua dulce. En nuestro país la
escasez de agua apta para el consumo humano en zonas áridas
de la costa y sobre todo en la región insular, constituye un gran problema,
por lo que la implementación de un sistema que permita desalinizar el
agua de mar mejorará considerablemente la calidad de vida de nuestros
conciudadanos.
El agua es fundamental para la seguridad alimentaria y el buen vivir. La
vida sin agua es imposible, por lo cual es necesario generar, adaptar y
difundir conocimiento científico y tecnológico que permita un acceso
seguro al agua potable.
Para aportar soluciones a esta grave problemática, en este proyecto se
realiza el análisis y síntesis de la problemática actual de la falta de agua
potable en sectores costeros e insulares de nuestro país, y se propone
un modelo de sistema para potabilizar el agua del mar utilizando la
energía radiante del sol en un proceso de evaporación, destilación y
condensación del agua salada. Se construye un prototipo en el que
se realizan las respectivas pruebas y ensayos que permiten validar
la investigación. Se realiza también el análisis, demostrándose que el
proyecto es viable, sostenible y de alta eficiencia energética.
El proyecto está dirigido a sectores sociales de bajos recursos de las
zonas costeras e insulares del Ecuador, por lo que se utilizan materiales,
componentes y equipos de bajo costo; algunos reciclados, lo que
permite obtener un sistema de bajo costo.
También se desarrolla una metodología y procedimientos que posibilitarán
la aplicación y comercialización de estos sistemas en el Ecuador mediante
emprendimientos, principalmente de jóvenes ingenieros.
Compilación de los mejores proyectos / 157
Objetivo general
Desarrollar un sistema potabilizador solar
de agua de mar, sostenible y de bajo costo,
que provea agua apta para el consumo
humano para aportar a la seguridad
alimentaria de sectores sociales de bajos
recursos que habitan en las zonas costeras
e insulares del Ecuador.
Objetivos específicos
• Sustituir en nuestro país los sistemas de
potabilización del agua de mar que utilizan
energías no renovables, en especial aquellos
que funcionan con vectores energéticos
basados en combustibles fósiles.
• Demostrar la viabilidad y difundir en
el Ecuador los sistemas solares para
potabilizar al agua de mar, sostenibles y de
bajo costo.
• Aportar al acceso universal, permanente,
sostenible y con calidad de agua potable,
de los habitantes de las zonas costeras e
insulares del Ecuador, que garantiza el Plan
Nacional del Buen Vivir 2013-2017 del estado.
• Incentivar la investigación de energías
alternativas para el desarrollo de sistemas
innovadores que aporten a garantizar
la seguridad alimentaria de nuestros
compatriotas, para la que el agua potable es
fundamental.
158 / PREMIO ODEBRECTH 2014
•
Generar
conocimiento
científico
y tecnológico propio en la línea de
investigación de las energías alternativas.
Alcance
• Se analizará y sintetizará la problemática
actual de falta de agua potable de bajo
costo y sostenible en sectores costeros e
insulares de nuestro país.
• Se diseñará y construirá un prototipo para
el sistema de potabilización de agua de
mar mediante energía solar de bajo costo y
sostenible.
• Se realizarán pruebas para la validación de
la investigación y el prototipo construido.
• Se realizarán los análisis respectivos de la
calidad del agua resultante del el prototipo.
Fundamento teórico
El agua marina es una solución basada en
agua que compone los océanos y mares
de la Tierra. Se la denomina salada por
la concentración de sales disueltas que
contiene, un 35% (3,5% o 35 g/l) como
medida promedio. La densidad promedio
es de 1,025 g/ml, por lo tanto es más
densa que el agua dulce. El océano contiene
un 97,25% del total de agua que forma la
hidrosfera en donde la evaporación de la
misma es muy importante para la vida en
el planeta. La saturación es un proceso de
POTABILIZADOR SOLAR DE AGUA DE
MAR, PARA APORTAR A LA SEGURIDAD
ALIMENTARIA DE SECTORES SOCIALES
DE BAJOS RECURSOS, QUE HABITAN EN
LAS ZONAS COSTERAS E INSULARES
DEL ECUADOR
cambio de fase en que coexisten las fases
de líquido y vapor. La ebullición a su vez
es un proceso físico que ocurre cuando la
temperatura y presión del líquido alcanzan
los valores de saturación.
Existen tres formas de transferencia de
calor:
La condensación es el cambio de fase de la
materia que se encuentra en forma gaseosa
y pasa a forma líquida; el paso de gas a líquido
depende de varios factores como la presión
y la temperatura, generalmente se llama
condensación al tránsito que se produce
a presiones cercanas a la ambiental. El
proceso de condensación suele tener lugar
cuando un gas es enfriado hasta su punto
de rocío, sin embargo este punto también
puede ser alcanzado variando la presión. El
equipo industrial o de laboratorio necesario
para realizar este proceso de manera
artificial tiene el nombre de condensador.
2. Por convección, por la diferencia de
temperaturas entre cuerpos o elementos
sólidos con fluidos líquidos o gaseosos que
se encuentren en movimiento, y,
La energía calórica o simplemente el calor
es una forma de energía de intercambio
entre los cuerpos sólidos o fluidos (líquidos
y gaseosos), que se produce por la
diferencia de temperatura; es decir, ningún
cuerpo o substancia tiene calor propio,
sino que recibe calor de una fuente externa
que se encuentre a mayor temperatura
o entrega calor a un elemento externo
que se encuentre a menor temperatura.
Los cuerpos sólidos, líquidos o gases que
reciben calor o energía calórica, incrementan
el movimiento de sus partículas atómicas y
por lo tanto aumentan su temperatura.
1. Por conducción, por la diferencia de
temperaturas en cuerpos sólidos,
3. Por radiación, en que un objeto emite
radiaciones
electromagnéticas
(por
ejemplo: el sol, un horno microondas, una
cocina de inducción, etc.), estas ondas
incrementan la actividad moléculas del
sólido o fluido que las recibe, incrementando
su temperatura.
En el aprovechamiento de la energía solar
se utiliza las tres formas de transferencia
de calor; por ejemplo, en los paneles de
calentamiento de agua, las radiaciones
solares inciden en los tubos metálicos del
panel calentándolos; por conducción y
convección la energía calórica se transmite
al agua que está circulando por los tubos
de forma natural o forzada, aumentando
su temperatura.
Para el caso del presente proyecto se utilizara
un colector solar parabólico recubierto
de un material reflectante que recibe las
radiaciones solares y las concentra en un
foco donde deberá estar ubicado un caldero
o recipiente a presión que contiene el agua
Los 10 mejores proyectos / 159
de mar. La concentración de los rayos
solares en el caldero, por la geometría de la
parábola implicará una radiación reforzada
que producirá un fuerte incremento del
movimiento molecular del agua de mar,
es decir un rápido incremento de su
temperatura hasta llegar a la temperatura
de saturación en que se vaporizará.
Al vaporizarse el agua de mar se producirán
los siguientes procesos de purificación:
• Los sólidos (sales y otras impurezas) que
se encuentran disueltos o en suspensión,
por su mayor peso específico precipitarán
y se separarán del vapor de agua y luego
deberán ser removidos.
• Los líquidos que se encuentren disueltos o
en suspensión, por su diferente temperatura
de saturación se mantendrán en el fondo
del caldero para luego ser drenados fuera
del sistema.
De esta manera el vapor de agua se purifica
de tal forma que al condensar o convertirse
nuevamente en líquido, el agua será dulce
y purificada, es decir potable y apta para el
consumo humano.
Por tanto el último proceso de este ciclo es el
de condensación, es decir, pasar de vapor a
líquido nuevamente. En este proceso el fluido
gaseoso debe entregar calor; sin embargo,
las normas de eficiencia energética
estipulan el ahorro de energía al máximo
160 / PREMIO ODEBRECTH 2014
posible, por lo que en vez de entregar esta
energía calórica al ambiente, en el presente
proyecto se utilizará un condensador, que
es un intercambiador de calor, dispositivo
mediante el cual se intercambia calor entre
los fluidos que se mueven dentro de él.
En nuestro caso, en un condensador, el
vapor de agua purificada entregará calor
por conducción y convección al agua de
mar de reposición que está ingresando
desde el tanque de almacenamiento al
caldero, aumentando en algunos grados la
temperatura del agua salada de alimentación,
lo que desde el punto de vista termodinámico
ahorra considerablemente la energía de
vaporización, mejorando considerablemente
la eficiencia energética del sistema.
El ciclo del agua en el planeta consta de
las fases de evaporación, condensación
y precipitación. La evaporación es un
proceso que se da por la radicación solar
que incide sobre los mares, océanos lagos
y ríos formando vapor de agua. Este vapor
se eleva formando las nubes. Estas nubes
se mueven desde los océanos hasta tierra
firme en donde se enfrían y el vapor de agua
que contienen empieza a condensarse,
precipitándose en forma de lluvia. De este
modo procedente y principalmente el agua
de mar pasa a tierra firme.
En el presente proyecto se imita este
mismo principio para la generación de
agua dulce apta para el consumo humano,
aportando a la seguridad alimentaria de
POTABILIZADOR SOLAR DE AGUA DE
MAR, PARA APORTAR A LA SEGURIDAD
ALIMENTARIA DE SECTORES SOCIALES
DE BAJOS RECURSOS, QUE HABITAN EN
LAS ZONAS COSTERAS E INSULARES
DEL ECUADOR
los sectores mencionados, proveyendo el
líquido vital indispensable para cualquier
actividad humana.
Problemática a abordar
El agua es fundamental para la seguridad
alimentaria. El ganado y los cultivos
necesitan agua para crecer. La agricultura
requiere grandes cantidades de agua
para regadío, además de agua de calidad
para los distintos procesos productivos.
El sector agrícola se posiciona como el
mayor consumidor de agua del planeta
dada su función productiva, no solo de
alimentos, sino también de otros cultivos
no comestibles como el algodón, el caucho
o los aceites industriales cuya producción
no deja de crecer. El regadío demanda hoy
en día cerca del 70% del agua dulce extraída
para uso humano.
En el año 1948, la Declaración Universal de
los Derechos Humanos dictaba el derecho
de todos a una alimentación adecuada. Sin
embargo, el acceso a alimento apropiado
en las zonas rurales de muchos países
en vías de desarrollo depende de forma
sustancial del acceso a los recursos
naturales, incluido el agua, necesarios
para su producción. El 28 de julio de 2010,
la Asamblea General de Naciones Unidas
declaró el acceso seguro al agua potable y
al saneamiento como un derecho humano.
El derecho al agua dentro del contexto
del derecho a alimento es una cuestión
compleja: mientras el agua de boca y el
agua para cocinar sí se verían protegidas,
no se verían cubiertos los niveles mínimos
de agua necesarios para la producción de
alimentos en las zonas áridas.
Hay suficiente agua disponible para las
necesidades futuras globales, pero este
escenario esconde enormes áreas de
absoluta escasez de agua que afecta a
miles de millones de personas, muchas de
las cuales son pobres y desfavorecidas.
Son necesarios cambios fundamentales
en la gestión y las políticas a lo largo de
toda la cadena de producción agrícola
para garantizar el mejor uso posible de
los recursos hídricos y responder así a la
creciente demanda de alimentos y de otros
productos agrícolas.
El volumen total de agua que hay en la Tierra
es de 1.400 millones de km2, la mayor parte
en estado líquido (en estado sólido sólo
hay 29 millones de km2). Este volumen de
agua está repartido en un 97,5% como agua
salada de los océanos y los mares; y, un 2,5%
como agua dulce de ríos, lagos, hielos, etc.
El agua dulce está repartida de la siguiente
forma: el 68,7% le corresponde a los
casquetes polares y glaciares, el 30,1% a
aguas subterráneas, y el 1,1% restante, a
aguas dulces superficiales.
En Ecuador, el abastecimiento de agua
es un problema todavía preocupante, a
Los 10 mejores proyectos / 161
pesar de que el país tenga un promedio de
precipitación anual de 1.200 milímetros, la
desigual distribución de precipitación y de
población son las principales razones de
los problemas de abastecimiento de agua
del país.
Algunas áreas reciben sólo 250 milímetros
de precipitación anual, mientras que
otras reciben aproximadamente 6.000
milímetros por año, incluso, algunas
regiones no cuentan con precipitaciones
en varios meses. En nuestro país, tan
sólo el 10% del total de agua disponible
es utilizado; de esta cantidad, el 97% se
usa para irrigación y el 3% para propósitos
domésticos e industriales.
La mayoría del agua utilizada para
propósitos domésticos proviene de
fuentes superficiales. En áreas rurales
existe una gran necesidad de sistemas
de abastecimiento de agua doméstica,
especialmente a lo largo de la costa y
dentro de las áreas abatidas por sequías
tales como las provincias de Manabí y El
Oro. Esta región ya es semiárida y está
acentuándose aún más, por lo que se dice
están bajo proceso de desertificación.
Muchos pozos ya no proveen agua y su
perforación a grandes profundidades en
comunidades pequeñas es muy costosa.
En la provincia de Manabí el agua debe ser
acarreada en camiones a un costo muy alto
y además de la carencia de agua debido a
162 / PREMIO ODEBRECTH 2014
la sequía se presentan problemas de calidad
del agua subterránea debido al exceso de
hierro presente naturalmente, el cual tapa
las rejillas de los pozos y reduce seriamente
la producción de estos.
En el caso de Galápagos las precipitaciones
en la parte baja de las islas es apenas de
unos 60 a 100 milímetros por año, esto es
debido a la influencia de la corriente marina
de Humboldt que produce inversiones
térmicas que impiden la precipitación pluvial
y generan zonas muy secas en las partes
terrestres cercanas a la corriente.
A excepción de la isla San Cristóbal, la
disponibilidad de agua de fuentes naturales
para agricultura y uso doméstico es casi
nula. En un territorio en rápido desarrollo
humano, surge el dilema de garantizar el
suministro de este recurso, conservar la
integridad de los ecosistemas naturales y
garantizar la salud de la población.
En Santa Cruz el agua salobre (una mezcla de
agua lluvia y agua de mar) que se encuentra
en grietas cerca de la costa, es la principal
fuente de agua para el pueblo de Puerto Ayora.
Sin embargo, la creciente demanda de una
población en rápido aumento está poniendo
cada vez más presión sobre este recurso.
Por todo lo anteriormente expuesto,
se considera la construcción de un
potabilizador solar de agua de mar,
sostenible y de bajo costo, que ayudaría
POTABILIZADOR SOLAR DE AGUA DE
MAR, PARA APORTAR A LA SEGURIDAD
ALIMENTARIA DE SECTORES SOCIALES
DE BAJOS RECURSOS, QUE HABITAN EN
LAS ZONAS COSTERAS E INSULARES
DEL ECUADOR
significativamente a las poblaciones de
estas provincias que carecen de este
recurso vital.
Metodologia y herramientas
Existen experiencias anteriores de
investigaciones
científicas
aplicadas,
innovaciones y prototipos desarrollados
en la Universidad proponente de este
Proyecto (no se han incluido en la referencia
bibliográfica por las condiciones del
Concurso, pero que pueden ser verificadas
en cualquier momento), en la línea del
aprovechamiento de la energía solar
para aportar al buen vivir y a la seguridad
alimentaria de la sociedad ecuatoriana,
que permiten plantear la hipótesis: que
es posible desarrollar sistemas solares
para potabilizar el agua de mar que sean
sostenibles y de bajo costo.
El método a aplicar se denomina
desalinización por destilación, la cual se
realiza mediante varias etapas en que el
agua salada se evapora y se condensa en
agua dulce. El objetivo de este proceso
es la obtención de agua dulce con bajo
costo y el uso de las energías renovables
como la energía solar. Esta metodología
ha sido utilizada desde hace varios años
bajo distintos procesos; lo creativo en
el presente proyecto es la utilización de
radiación solar concentrada, la misma
que, mediante procesos de alta eficiencia
energética, de evaporación del agua de
mar y de condensación del vapor, da
como resultado el líquido vital apto para el
consumo humano.
La metodología y herramientas que se
plantean para el cumplimiento de los
objetivos y la solución de la problemática
es la siguiente:
1. En el proyecto se presenta un diseño del
modelo de investigación y un prototipo
que permitirán explicar e ilustrar la
caracterización tecnológica fundamental
de los sistemas de potabilización solares
(componentes, funcionamiento, etc.) y su
viabilidad técnica, financiera y ambiental.
2. Luego se realizará un diseño definitivo,
el cual se pueda implementar de manera
simple, ya sea en la elaboración de los
componentes, montaje de los elementos
para formar el sistema y, sobretodo, su
fácil funcionamiento, de manera que los
pobladores de las comunidades con escasez
de agua puedan manipularlo con facilidad.
3. Se construirá un sistema con
características adecuadas para facilitar
el transporte, manipulación, condiciones
ambientales y otras necesidades que
satisfaga al beneficiario. En caso de que el
proyecto resulte ganador, se implementará
en la zona más crítica de las islas Galápagos
y posteriormente en algunas de la costa
Ecuatoriana, para que los pobladores de la
comunidades se familiaricen con el sistema
Los 10 mejores proyectos / 163
de desalinización, y de esta manera exista
agua dulce a bajo costo y sin problemas de
transporte.
• Colector solar parabólico (elaborado con
espejos reciclados)
• Tanque de almacenamiento de agua salada
4. La implementación del equipo de
desalinización se la realizará luego de los
estudios apropiados, donde se pueda
demostrar la viabilidad financiera con el
apoyo de instituciones gubernamentales
y/o privadas, para luego poder comercializar
el sistema de potabilización de agua de mar.
5. Se patentará el prototipo optimizado y se
difundirán los resultados de la investigación
en revistas científicas y tecnológicas
nacionales e internacionales.
6. Paralelamente, se realizará un Proyecto
de Factibilidad y Plan de Negocios para la
implementación por etapas de una Empresa
de Producción y Comercialización de estos
sistemas de potabilización del agua de mar,
este proceso se podrá realizar en seis meses.
7. En caso de demostrarse la viabilidad
financiera se procederá al emprendimiento,
cuya implementación se supone en seis
meses adicionales, es decir en un mínimo
de dos años se podría producir en serie y
comercializar estos sistemas.
• Conductos (tubería)
• Recipiente de presión (para evaporación
del agua salada)
• Intercambiador de calor
• Filtro potabilizador (final del proceso)
Colector solar parabólico de espejos.- Este
dispositivo recoge la energía irradiada por el
sol y luego la convierte en energía térmica.
Existen dos tipos de colectores, planos y
parabólicos. El tipo de colector utilizado es
el parabólico (ver figura 1), este colector
tiene una superficie reflectante parabólica
cóncava, que focaliza la radiación incidente
en un área pequeña de aproximadamente
un centímetro cuadrado, donde la
temperatura del receptor puede sobrepasar
los 1.500 °C, lo que hace más fácil el proceso
de evaporación del agua.
Soluciones propuestas
El sistema para potabilizar agua de mar a
partir de energía solar tiene los siguientes
componentes:
164 / PREMIO ODEBRECTH 2014
Figura 1. Colector solar parabólico
POTABILIZADOR SOLAR DE AGUA DE
MAR, PARA APORTAR A LA SEGURIDAD
ALIMENTARIA DE SECTORES SOCIALES
DE BAJOS RECURSOS, QUE HABITAN EN
LAS ZONAS COSTERAS E INSULARES
DEL ECUADOR
Tanque de almacenamiento de agua salada:
Este componente sirve principalmente para
el almacenamiento de agua de mar. Para el
presente estudio se lo realizará mediante
tuberías o conductos, donde el agua salada
fluye hacia el intercambiador de calor y al
mismo tiempo al recipiente de presión en el
cual se realizará el proceso de evaporación
por medio de la radiación solar concentrada.
El agua de mar recorre todo el sistema,
funcionando como fluido de trabajo y
consecuentemente como refrigerante en
el intercambiador de calor para el proceso
de condensación de agua dulce apta para el
consumo humano.
Intercambiador de calor.- Es un dispositivo
utilizado para transferir energía de un
medio a otro. De manera general se pueden
clasificar en intercambiadores de calor de
flujo cruzado cuando las corrientes de los
fluidos se cruzan entre sí en el espacio, e
intercambiadores de calor de flujo paralelo
(ver figura 2) cuando las dos corrientes se
mueven en direcciones paralelas. Para este
estudio se elije utilizar el intercambiador de
calor de flujo paralelo, ya que su disposición
geométrica facilita el movimiento de los
fluidos, esto debido a que todo el proceso
es consecuencia de la gravedad. De esta
manera se evita la adición de bombas para
el movimiento de los mismos.
El agua de mar que se transporta desde
el tanque de almacenamiento actúa
como refrigerante (fluido frío) dentro del
Figura 2. Intercambiador de calor de flujo paralelo
intercambiador de calor. En la salida el fluido
aumenta su temperatura, lo que significa un
aumento a la eficiencia del equipo, ya que se va
a utilizar menor tiempo de calentamiento del
agua de mar hasta que ésta llegue a evaporarse;
mientras que el vapor de agua (fluido caliente)
que sale del recipiente de presión es la que se
quiere condensar para la obtención del agua
dulce, el cual es el producto final.
Recipiente de presión.- En este aparato se
va a concentrar el calor proporcionado por
el colector solar. Dentro de él se encuentra
Los 10 mejores proyectos / 165
agua salada que recorrió previamente el
intercambiador de calor, lo cual aumentó
la temperatura, aportando a disminuir el
tiempo de evaporación del agua de mar.
Descripción del proceso de potabilización
por energía solar.
Una vez diseñado y construido el
“Potabilizador solar de agua de mar”
acorde con los lineamientos de eficiencia
y sostenibilidad energética, el proceso de
potabilización se resume a continuación.
En primera instancia, el agua de mar
almacenada en el tanque fluye por los ductos
de conducción hacia el intercambiador de
calor, como se muestra en la figura 3, el
agua fluido adquiere mayor temperatura.
Posteriormente, ingresa al recipiente de alta
presión (alrededor de 12 psi) en donde el
agua salada es calentada hasta sobrepasar
su punto de ebullición mediante la radiación
solar concentrada por el colector parabólico.
Inmediatamente, al iniciarse el proceso
de evaporación, el agua de mar pasa a
descomponerse en vapor de agua, sal y
sólidos suspendidos. Luego el vapor de agua
pasa hacia el serpentín del intercambiador
de calor, donde es condensado y finalmente
se obtiene agua dulce.
Finalmente, el agua dulce condensada pasa
al potabilizador en el cual se eliminan olores
y sabores desagradables causados por
compuestos orgánicos tales como el yodo,
el cloro, entre otros, quedando el agua apta
para el consumo humano.
Las pruebas realizadas en la universidad
después del proceso de potabilización
del agua, indican que los porcentajes de
componentes del agua se encuentran
dentro de los rangos de calidad.
Figura 3. Funcionamiento del sistema de potabilización solar
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MAR, PARA APORTAR A LA SEGURIDAD
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Figura 4. Prototipo construido de potabilizador solar de agua de mar
Debido a que el mayor problema que
conlleva la desalinización solar son los
costos, especialmente en la fabricación
del colector parabólico solar, se opta por
la utilización de espejos reciclados para
formar la superficie de reflexión necesaria
para alcanzar la temperatura idónea para el
proceso de evaporación de agua de mar.
Se realizaron pruebas y validaciones del
proyecto de investigación planteado y se
pudo comprobar la factibilidad de desalinizar
y potabilizar el agua de mar, obteniendo
agua dulce apta para el consumo humano.
Como se puede apreciar en la figura 4, se
construyó el prototipo con un costo total de
USD 180,00 (ciento ochenta dólares) y en
el cual se realizaron las pruebas y validación
de la investigación realizada. Como se ve en
la fotografía de la figura 4 que fue tomada
en las pruebas que se realizaron en el
sector del Bosque Protector de Jerusalem,
cerca de la ciudad de Quito, se trajo
agua del océano Pacífico, de la ciudad de
Atacames y se la potabilizó con el prototipo
de potabilizador solar construido.
Los 10 mejores proyectos / 167
En cuatro horas que duró la prueba se
consiguieron 600 ml de agua condensada,
lo que significa que el prototipo de
potabilizador de agua construido tiene una
capacidad aproximada de 150 mililitros/
hora. El agua condensada que se obtuvo se
la llevó a los laboratorios de la universidad
donde se realizaron los ensayos respectivos
determinándose que cumple con la Norma
Técnica Ecuatoriana NTE-INEN 1 108-2011,
Cuarta revisión; y que por lo tanto es agua
potable para consumo humano.
Para comprobar la repetibilidad de las
pruebas realizadas, se realizaron dos
pruebas adicionales similares a las
descritas, en las que los resultados fueron
muy aproximados a los obtenidos en la
primera prueba, lo que valida los resultados
de esta investigación.
El proyecto planteado es una forma creativa
e innovadora de usar la energía solar para
desalinizar el agua de mar, junto con la
ingeniería se logra obtener un modelo
simple, de fácil utilización y sobretodo
accesible en la comunidad.
Viabilidad
El potabilizador de agua de mar con energía
solar es un proyecto que cumple con el
objetivo de obtener agua dulce apta para el
consumo humano y aportar a la seguridad
alimentaria de los sectores afectados por
esta problemática, tomando en cuenta los
168 / PREMIO ODEBRECTH 2014
parámetros ambientales, ya que la fuente
de energía utilizada es el sol.
Los materiales idóneos para la fabricación
del sistema deben tener alta resistencia a
la corrosión, por lo que se usa plástico para
el tanque principal de almacenamiento,
específicamente se utiliza plástico
reciclado. La conexión entre el tanque y
el intercambiador es una manguera que
tiene bajo costo y es fácil de manejar; el
intercambiador de calor tiene un serpentín
de cobre y una carcasa de plástico para
evitar problemas de corrosión y desgaste,
este tipo de materiales hacen de este
equipo tenga un costo muy bajo. El vapor
generado en el tanque a presión será
conducido por una manguera de vuelta
hacia el intercambiador de calor donde
este es enfriado con agua salada, lo que
se aumenta la eficiencia del sistema de
manera considerable.
En la producción en serie de los equipos el
costo unitario de cada parte del sistema
disminuye considerablemente, además
es necesaria la investigación de nuevos
materiales que cumplan los requerimientos
necesarios para el prototipo.
El costo del metro cúbico de agua
dulce en las islas Galápagos disminuirá
considerablemente, ya que en dichas
islas el agua es muy difícil de encontrar
y las plantas desalinizadoras existentes
no abastecen la demanda actual de agua
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dulce y la comercializan a precios muy
altos.
La viabilidad del proyecto consiste
directamente en el bajo costo del agua
dulce y la facilidad con que las personas
podrán tener acceso a este recurso. El
proyecto abastecería a los habitantes de
las zonas costeras e insulares con agua
dulce y éste es un indicativo clave de la
calidad de vida que tienen las personas,
y desde el punto de vista ambiental, la
utilización de energías renovables para su
funcionamiento lo hace económico porque
no precisa energía eléctrica.
Conclusiones
• El uso de energía solar genera una
ventaja ante otro tipo de energía, ya
que es limpia, sostenible, sustentable,
ilimitada y renovable. Además, no genera
contaminantes nocivos para la salud de la
población y mucho menos a la flora y fauna
nativas de cada región. Al mismo tiempo, se
está contribuyendo al cambio de la matriz
energética planteada en el Ecuador, la cual
impulsa el uso de energías renovables.
• La desalinización de agua de mar es
un proceso sencillo en el que se utilizan
fenómenos físicos simples. Por esta
razón el proyecto presentado se lo puede
implementar de manera rápida dentro de
las comunidades donde el agua potable
es escaza. De esta manera se mejorará
la calidad de vida de los pobladores,
cumpliendo un objetivo muy importante
dentro del Plan Nacional del Buen Vivir
2013-2017.
• Mediante investigaciones se ha logrado
desarrollar un prototipo acorde a las
necesidades de los seres humanos,
donde se ha tomado en cuenta su fácil
manipulación y funcionamiento.
• Para la implementación del prototipo es
necesario tener el apoyo de empresas, tanto
del sector público como del privado, realizar
las investigaciones apropiadas y luego
proyectar hacia una producción en masa
para lograr difundir la idea de potabilizar agua
de mar usando energía solar.
• La etapa de investigación arrojó resultados
positivos en cuanto a la calidad del
agua obtenida después del proceso de
desalinización y potabilización, lo que se puede
considerar una solución viable, sostenible y
sustentable a la problemática planteada para
la actual escasez de agua dulce.
Consideraciones finales
Existen
aspectos
importantes
a
considerarse en el proyecto expuesto,
la más importante es que se debe
hacer nuevas investigaciones en la
construcción del colector solar tomando
en cuenta las condiciones climáticas y
geográficas de las zonas de estudio, para
Los 10 mejores proyectos / 169
así obtener resultados óptimos para su
funcionamiento.
Durante el montaje del sistema de
desalinización y potabilización hay que
tener las precauciones adecuadas de
hermeticidad para evitar las fugas, así
el sistema será más eficiente, logrando
potabilizar un mayor volumen de agua.
El proceso de desalinización elimina el
mayor porcentaje de sal del agua de mar,
sin embargo, únicamente elimina algunos
contaminantes nocivos a la salud; para
optimizar este modelo, es importante
que al agua dulce obtenida sea procesada
y desinfectada, para que el agua sea
totalmente segura para el consumo humano.
Por esta razón es importante implementar
el filtro de potabilización, el cual tiene que
ser reemplazado periódicamente.
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DEL ECUADOR
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http://www.cepal.org/deype/noticias/noticias/6/44576/04_ECevaluacion-recursos-agua.pdf
Los 10 mejores proyectos / 171
Los 10 mejores proyectos
Propuesta de gestión sostenible de los residuos plásticos producidos por la
industria gráfica y publicitaria en la ciudad de Guayaquil.
Reciclaje de poliestireno expandido (espuma flex) por el método de disolución precipitación.
Panel prefabricado de hormigón alivianado a base de papel periódico y cartón
reciclado, destinado a vivienda de interés social.
Desarrollo sustentable de un material adsorbente y biodegradable, a partir de
cáscaras de plátano y banano, para la decoloración de aguas residuales
provenientes de industrias textiles de la ciudad de Pelileo, provincia de
Tungurahua, y su posterior uso en la producción de biol y abono orgánico.
Sistema de recolección de agua por medio de la técnica de atrapanieblas en las
comunidades campesinas de Galte, cantón Guamote, provincia de Chimborazo,
Ecuador.
Reciclaje de residuos de cuero para la descontaminación de aguas industriales.
Diseño del proceso para elaborar papel a partir del residuo fibroso generado en
la extracción de aceite de palma africana, utilizando fundamentalmente a la
producción más limpia.
Re-manufactura sustentable de utensilios para cocinas de inducción con
recubrimientos ferromagnéticos.
Uso sostenible de recursos biológicos para la construcción de viviendas y
desarrollo de las comunidades rurales del litoral ecuatoriano.
Potabilizador solar de agua de mar, para aportar a la seguridad alimentaria de
sectores sociales de bajos recursos que habitan en las zonas costeras e
insulares del Ecuador.
www.premioodebrecht.com.ec